Почему астрономы не используют метры для измерения астрономических расстояний?

74

В астрономии расстояния обычно выражаются в неметрических единицах, таких как: световые годы, астрономические единицы (AU), парсеки и т. Д. Почему они не используют метры (или их кратные) для измерения расстояний, поскольку они являются единицей СИ для расстояние? Поскольку измеритель уже используется в физике элементарных частиц для измерения размеров атомов, почему он не может использоваться в астрофизике для измерения больших расстояний во Вселенной?

Например:

МКС вращается около 400 км над Землей.
Диаметр Солнца составляет 1,39 Гм (гигаметр).
Расстояние до Галактики Андромеды составляет 23 мм (зеттаметры).
В самой дальней точке Плутон находится на расстоянии 5,83 Тм (тераметров) от Солнца.

Редактировать: некоторые ответили, что метры слишком малы и, следовательно, не интуитивно понятны для измерения больших расстояний, однако существует множество ситуаций, когда это не является проблемой, например:

Байты используются для измерения гигантских объемов данных, например терабайтов (1e + 12) или петабайтов (1e + 15)
Энергия, выделяемая крупными взрывами, обычно выражается в мегатоннах, в граммах (1e + 12)
Единица СИ Герц часто выражается в гигагерцах (1e + 9) или терагерцах (1e + 12) для измерения частоты сети или тактовой частоты процессора.

Если основная причина неиспользования счетчиков является исторической, разумно ли ожидать, что SI-юниты станут стандартом в астрономии, подобно тому, как большая часть мира переключается с нативных на SI-единицы для повседневных измерений?

distances units

— Arne
источник

13

Потому что это бесполезно.

— eyeballfrog

12

Как вы думаете, ангстрем или ферми? Или сарай? Физики тоже не всегда указывают материал в СИ и по той же причине.

— Роб Джеффрис

17

По той же причине, что вы покупаете рис в килограммах, а не по зерну.

— dotancohen

24

Потому что вы хотите, чтобы единицы измерения относились к измеряемым объектам. Если я скажу вам, что у меня длины доски, поможет ли вам представить, какой я рост?

1.13 * 10^{35}

$1.13*10^{35}$

— Дмитрий Григорьев

15

@MartinArgerami Верно, но если кто-то скажет мне, что они 57 футов ростом, я сразу же укажу на ошибку (и я думаю, что американец мне не поверит, если скажу, что я ростом 18 метров). При длине планок даже ошибка на порядок может быть неочевидной.

— Дмитрий Григорьев

81

В дополнение к ответу, предоставленному @ HDE226868, существуют исторические причины. До появления радара для определения расстояний в Солнечной системе нам приходилось использовать другие умные методы для определения расстояния от Земли до Солнца; например, измерение прохождения Венеры через поверхность Солнца . Эти методы не настолько точны, как те, которые доступны сегодня, поэтому имеет смысл указать расстояния, которые основаны на измерении параллаксов, с точки зрения неопределенного, но фиксированного расстояния Земля-Солнце. Таким образом, если будущие измерения изменят значение конверсии с AU на метры, вам не нужно будет менять столько же бумаг и учебников.

Не говоря уже о том, что такие погрешности калибровки привносят в анализ коррелированные ошибки, которые невозможно устранить при использовании больших размеров выборки.

Я не могу авторитетно говорить о реальной истории, но измерения Солнечной системы изначально были сделаны с точки зрения расстояния Земля / Солнце. Например, небольшая геометрия показывает, что довольно просто отклонить размер орбиты Венеры и Меркурия в АС от их максимального солнечного удлинения. Я не знаю, как они работали с орбитальными радиусами Марса и т. Д., Но они почти наверняка были сделаны в АС задолго до того, как АС стало известно, и все это до того, как существовала система MKS, не говоря уже о стандартизации.

Для звезд основание так называемой «космологической лестницы расстояний» (то есть «всех мер расстояния» в астрономии) основано на измерении угла параллакса: Чтобы измерить в «парсеках», нужно настроить уравнение так, чтобы угол, измеряемый в угловых секундах, соответствовал приближению малого угла. То есть: Другими словами, .

\tan π_{a n g l e} = \frac{1 A U}{D} .

$\tan \pi_{\mathrm{angle}} = \frac{1 AU}{D}.$

D

$D$

\frac{D}{1 p a r s e c} = \frac{\frac{π}{180 \times 60 \times 60}}{\tan (π_{a n g l e} \frac{π r a d i a n s}{180 \times 60 \times 60 a r c s e c})} .

$\frac{D}{1\, \mathrm{parsec}} = \frac{\frac{\pi}{180\times60\times60}}{\tan\left(\pi_{\mathrm{angle}} \frac{\pi\, \mathrm{radians}}{180\times60\times60 \, \mathrm{arcsec}}\right)}.$

1 parsec = \frac{180 \times 3600}{π} AU

$1\operatorname{parsec} = \frac{180\times 3600}{\pi} \operatorname{AU}$

Астрономы также имеют явное предпочтение близким родственникам единиц mks / SI, известным как cgs . Насколько я могу судить, это происходит из-за влияния спектроскопистов, которым понравилась часть «гауссовых единиц» для электромагнетизма, потому что она установила постоянную Кулона в 1, упрощая вычисления.

— Шон Лэйк
источник

16

Я бы сказал, что это правильный ответ, в то время как тот, который предоставлен HDE 226868, - нет. С точки зрения понимания человеком, например, измерение AU в солнечной системе не более или менее интуитивно понятно, чем измерение в гигаметрах (или, возможно, тераметрах; 1 AU ≈ 150 Гм = 0,15 Тм). Однако неметрические единицы все еще сохраняются из-за исторической инерции и того факта, что они были (и иногда все еще) более удобны в случаях, когда некоторое расстояние может быть измерено в некоторых конкретных единицах более точно, чем длина самих этих единиц. быть меры в метрах.

— Ильмари

3

Мне нравится этот ответ. Вы можете расширить его, упомянув, что предпочтительной мерой звездного расстояния является парсек, поскольку его можно рассчитать точно в единицах AU, (648000 AU = \ pi парсек)

— Джеймс К

3

Другая историческая параллель с этой ситуацией происходит от химии, где существует сильное предпочтение говорить о «молях» вещества, а не об определенном количестве молекул этого вещества. Дело не только в том, что число родинок менее вероятно потребует научного обозначения для выражения; это также, что в течение удивительно долгого времени (до начала 20-го века) химики фактически не знали, сколько молекул было в моле.

— Майкл Зайферт

3

Вообще, физикам не нравятся необработанные числа. Им действительно нравится выражать величины как безразмерные числа, которые выражают некоторые свойства системы. Это облегчает рассуждения о вещах. Таким образом, если вы рассматриваете планетную систему, работа в AU (т.е. выражение расстояния как кратное орбиты Земли) является очень разумной вещью.

— drxzcl

1

Астрономы серьезно не используют pi_angle для угла параллакса, не так ли? Это кажется потенциально запутанным =).

— Крис Чудзицки

24

Я бы предположил, что это также делает материал более доступным для человеческого разума.

Я просто не могу работать с безумно большими или маленькими числами. Они не передают смысла.

Но 1 AU - это легко, даже если я не знаю точно, что это за метры, я знаю, что это значит, и это удобная шкала для ума.

Аналогично, когда мы говорим о звездных расстояниях, какая польза от расстояния в метрах (или AU)? Имеет больше смысла работать с световыми годами. Опять же, большинство людей знают, что это значит, даже если они не знают точно, что это в метрах.

И когда мы уходим в космос, вы также говорите о колоссальных временах в прошлом, поэтому световые годы здесь передают двойной смысл. Если я скажу вам расстояние в метрах, это не сразу скажет вам, как далеко назад во времени это тоже.

Поэтому я думаю, что это вопрос удобства и понимания.

— StephenG
источник

10

Как насчет байтов? Ни у кого, похоже, нет проблем с использованием байтов для чрезвычайно больших чисел, будь то КБ, МБ, ГБ, ТБ, ПБ и т. Д. Никто не думает, что эти единицы не интуитивны, или нам нужен совершенно другой модуль, когда размер превышает некоторый предел. Я не уверен, почему это будет по-разному в отношении измерителя и больших измерений.

— Арне

2

Я считаю, что большинство людей не понимают КБ, МБ, ТБ и так далее. Что за байт? Что такое туберкулез? Для большинства они чуть больше, чем маркетинговые этикетки. Я думаю, что единственные люди, которые их понимают, - это профессионалы, которые должны это делать. И для типа компьютера (виновного) эти измерения довольно просты. YMMV.

— StephenG

6

@Arne: Как специалист в области компьютерных наук, я хотел бы отметить, что мы (компьютерные ученые) используем число байтов не-SI в разговоре о памяти. KB, MB, GB, TB, PB и т. Д. Не являются единицами СИ. Например, 1 МБ = 1024 КБ, а не 1000, как это было бы в системе СИ. Мы используем базу 2, а не базу 10.

— Sharur

3

@pipe KiB, MiB, ... по определению base-2. KB, MB, ... неоднозначны и могут использовать либо base-2, либо base-10 в обычном использовании.

— CVn

6

@pipe: Напротив, база 2 встроена в аппаратное обеспечение на самом базовом уровне. Что такое пограничное мошенничество, так это маркетологи, использующие полномочия 10, чтобы преувеличивать размер своей памяти.

— jamesqf

9

Наряду с другими ответами, есть еще одна причина, особенно при измерении расстояний до других галактик.

Указывая расстояние до других галактик, астрономы редко когда-либо указывают расстояние в какой-либо единице длины, они склонны использовать красные смещения ( z ). Это устройство не на самом деле единица длины (это безразмерное отношение длин волн), а также не линейно преобразований на расстояние ( г = 2 это не вдвое дальше, г = 1 ), и не существует освобожденная преобразование между красным смещением и расстояние (это зависит от того, какую модель вселенной вы предполагаете).

Redshift используется потому, что его можно очень точно измерить. В спектрах звезд или галактик есть особенности, нам известна точная длина волны, на которой они испускаются, и поэтому красное смещение может быть точно рассчитано по формуле:

z = \frac{λ_{o b s}}{λ_{e m}} - 1

$z=\frac{\lambda_{obs}}{\lambda_{em}}-1$

Это наблюдаемое, точное (с ошибкой эксперимента) свойство. Преобразование этого в расстояние сбивает с толку: говорите ли вы о расстоянии, от которого объект находится от нас мгновенно сейчас , или мгновенно, когда испускаемый вами фотон испущен , или расстоянии, которое фотон, который вы видите, прошел? Вы хотите принять во внимание местное движение, а также расширение Хаббла (вселенной)? Добавьте к этому форму вселенной, скорость расширения вселенной, скорость изменения расширения вселенной (темная энергия / константы Хаббла / другие эффекты), и вы увидите, что любое преобразование в реальное расстояние - это проблематично и потребует, чтобы вы точно определили, какой тип конверсии и с какими допущениями. Легче оставаться с четко определенным простым измерением красного смещения.

Хорошая работа (на уровне степени), которая суммирует все различные типы космологических расстояний и их вычислений - это Hogg 2000 .

— Джонатан Твит
источник

Джонатан: в Hogg Введение, верно ли, что все расстояния измеряются вдоль нулевой радиальной линии? Гравитационное линзирование пришло мне в голову ... В том смысле, что, очевидно, фотон оканчивается на меня как наблюдателя, но я бы ожидал (в принципе, не в абсолютном смысле ... Разница может быть незначительной), что это происходит после "изгиба" ». Надеюсь понятно, о чем я.

— Alchimista

7

Еще одна не упомянутая причина:

Для таких расстояний не было пригодных префиксов SI.

Если вы хотите использовать единицу, вам нужно что-то, что позволяет выразить определенное количество без слишком большого числа начальных или конечных нулей. Я не выражаю человеческий рост как 1 670 000 мкм или размер бактерии как 0,000 02 м.

Если вы посмотрите таблицу префиксов, то увидите, что гига и тера были определены впервые в 1960 году. Но определение не включает использование, и эти определения были такими же экзотическими, как октиллион ; конечно, он существует как определение, но никто не использует его и не знает о его существовании. Во время академических исследований по физике в 90-х (!) Он все еще не был широко известен, спустя 30 лет после введения. Тем не менее, многие ученые вообще не используют гига- или тера- тию. Подсказка геррита: физики использовали частоты с гига- / тераприставкой, я забыл это.

1 AU составляет 150 гигаметров или 0,15 тераметра. Если вы используете световые годы, 1 световой год - это уже 9500 тераметров, что не очень удобно. Тридцать лет спустя они наконец-то представили некоторые метрические префиксы, которые можно было бы использовать, но мне все еще нужно найти человека, который использует exa-, peta-, yotta- или zetta-.

— Торстен С.
источник

Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перенесен в чат .

— call2voyage

5

Возможно, нужно вернуться назад во времени и подумать о том, почему локтем (длина предплечья), лигой (расстояние, пройденное за один час), футом (метр - один десятый миллионный квадранта Земли), и поэтому, возможно, следует не быть ли я в этом списке) и т.д. были выбраны в качестве единиц расстояния?
Они были легко понятны и воспроизводимы, но в то же время имели масштаб, сопоставимый с измеряемыми расстояниями.
Таким образом, в современном мире люди выбрали дополнительные единицы расстояния, которые изначально имели эти характеристики.

Как только эти новые единицы получат поддержку и будут написаны бумаги, учебники и т. Д., От них будет трудно избавиться, и некоторые скажут: «Зачем?».

— Farcher
источник

4

Я не знаю, как у вас в стране, но здесь, в России, астрономические статьи и новости очень часто сообщают об астрономических расстояниях в километрах, миллионах километров, миллиардах километров, триллионах километров и т. Д. Просто мы не используем такие единицы, как гигаметры, петаметры и тому подобное, но километр является стандартной единицей в астрономии.

— Anixx
источник

2

Я думаю, что вы говорите о статьях в популярных изданиях, но не о профессиональных астрономических журналах.

— Уолтер

4

Несколько превосходных ответов уже было дано. Но никто не говорил о логарифмическом восприятии. ( https://en.wikipedia.org/wiki/Weber%E2%80%93Fechner_law )

$10 metres$ $100 metres$ $100 metres$ $1 km$

Иллюстрация закона Вебера – Фехнера. На каждой стороне нижний квадрат содержит на 10 точек больше, чем верхний. Однако восприятие другое: с левой стороны четко видна разница между верхним и нижним квадратами. На правой стороне оба квадрата выглядят почти одинаково.

$1$ $10$

— Agile_Eagle
источник

2

«люди понимают разницу между 1 и 10 парсек лучше, чем если бы одни и те же данные были представлены в метрах». Просто добавьте один из префиксов SI для счетчиков, и вы получите такую же числовую ситуацию. Это на самом деле не объясняет, почему парсек, а не петаметр (Pm).

— Триларион,

1

Вы могли бы назвать парсек в качестве петаметров . Мы просто решили, что парсек звучит лучше.

— Agile_Eagle

Парсек также удобен, поскольку его определение позволяет очень легко вычислять расстояние с помощью параллакса

— Agile_Eagle

Я полностью согласен, это было очень удобно. Я думаю, что в конце концов это в основном вопрос соглашения.

— Триларион,

2

Единицы измерения, такие как метры, просто слишком малы, чтобы их можно было использовать при измерении расстояний в астрономическом масштабе. Хотя теоретически можно использовать счетчики в сочетании с научными обозначениями, это излишне сложно. Одна Астрономическая Единица - это расстояние между Землей и Солнцем, которое выступает в качестве своего рода палки космического метра.

— Danielwalsh100
источник

1

За исключением того, что расстояние между Солнцем и Землей продолжает изменяться, поэтому AU нужно было все равно определять в некоторых инвариантных единицах ...

— CVn

1

AU является большой полуосью, которая довольно близка к инвариантной.

— userLTK

1

«Единицы измерения, такие как метры, просто слишком малы». Затем используйте префикс, чтобы увеличить их, например, на петаметре (Pm). Я не вижу большого недостатка.

— Триларион,

2

Астрономы не измеряют и не могут измерять расстояния. Расстояния просто выводятся из того, что фактически было измерено, например, угла, относительной яркости, периода времени и т. Д. Большинство определений астрономических расстояний в конечном счете зависят от расстояния Земля-Солнце (астрономическая единица), что, следовательно, имеет фундаментальное значение (и только в наше время это известно с хорошей точностью). Для соседних звезд угол параллакса напрямую связан с расстоянием, но выведенное из него расстояние не является надлежащим измеренным расстоянием: его неопределенность обычно не распределяется (подумайте об отрицательном измерении параллакса).

Астрономы, конечно, знают, сколько метров в парсек, и знают, что использование метров для галактических расстояний только сбивает с толку, потому что вы должны постоянно получать правильное число 0000 (или правильную степень десяти).

Наконец, в отличие от физики элементарных частиц, астрономия как наука предшествует измерительной системе, по крайней мере, ее более широкому применению. Переход от хорошо работающей системы к чему-то другому только ради соответствия с СИ, но за счет неудобств и путаницы кажется глупой идеей.

— Вальтер
источник

«Расстояния просто выводятся из того, что на самом деле было измерено ...» Разве это не всегда так? Наблюдения редко бывают прямыми, и часто вам приходится выводить интересующую вас ценность, так или иначе. Это не делает его менее достоверным измерением. Просто неправильно утверждать, что вы не можете измерить расстояния в астрономии.

— Триларион,

2

На мой взгляд, ответ является условным (и люди предпочитают небольшое количество цифр).

В этом нет ничего особенного. Любой префикс к длине в равной степени действителен, если вы правильно настроили конверсию, и люди в вашей области знают об этом .

Физически нет разницы между 1 м и 1 000 000 мкм.

Так что все вопросы типа: «Почему этот префикс выбран вместо того, чтобы для измерения XYZ?» иметь тот же ответ. Все сводится к тому, что является более удобным и в конечном счете весьма субъективным.

— Trilarion
источник

1

Трудно связать что-то вроде тераметра с «реальной длиной» из-за недостатка знаний о физических объектах для сравнения. Кроме того, потому что через некоторое время эти единицы становятся просто «намного больше нулей». Поэтому я бы предложил следующее:

Космическая маргинальная единица (SMU): 1 000 000 метров, или примерно расстояние от одного конца Франции до другого. Минимальное расстояние между двумя космическими кораблями должно быть друг от друга, прежде чем им придется координировать траектории или переходить в стыковочный маневр. (Дайте мне немного приостановки неверия здесь, ребята.)

Длина орбиты Земли (LEO): 1 000 000 000 000 метров, расстояние, которое Земля проходит за один год. (На самом деле это расстояние примерно на 6% меньше, но LEO можно визуализировать.)

Кайд: 1 000 000 000 000 000 000 метров. Это немного больше, чем расстояние отсюда до звезды Alkaid.

Вышесказанное легко поддается повседневной беседе - если мы когда-нибудь попадем в точку, где мы будем говорить о таких вещах каждый день!

— Дженнифер
источник

2

Как насчет научной нотации? мы можем использовать это вместо нулей, нет?

— A --- B

5

Я не понимаю, как это отвечает на вопрос. Кроме того, LEO является общим сокращением для низкой околоземной орбиты , которая очень отличается от земной орбиты вокруг Солнца.

— CVn

2

«Трудно связать что-то вроде тераметра с« реальной длиной ». Для меня парсек одинаково сложно соотнести с длиной, которую я чувствую. Я просто считаю, что некоторые звезды и галактики просто очень, очень далеко. И этот 1 тераметр четко определен и поэтому должен иметь значение.

— Триларион,

1

Простой ответ: большие единицы, такие как AU или световые годы, человеческому мозгу легче запомнить. И мы не должны ставить единицы со многими нулями, тянущимися после первых нескольких цифр, например: 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 метров. мы могли бы использовать АС или для еще больших расстояний, световых лет. Если это было короче, хорошо, мы все еще используем метры, но с показателем степени.

— Лео Пан
источник

1 AU составляет около 0,15 Тм, если вы используете правильный префикс, у вас нет чрезмерных нулей. Размер молекулы воды составляет 0,275 нм, мы не говорим 0,000000000275 метров.

— Арне

0

Потому что расстояние кусковое . Но байты, боны и гудения меняются плавно .

Те примеры из OP, где метрические префиксы стали общепринятыми - терабайты, мегатонны, гигагерцы - это области, в которых человеческий опыт непрерывно распространялся на несколько порядков.

Не было жестких, постоянных порогов в росте жестких дисков, микросхем или кабелей . За исключением небольшой липкости в силах 2, этот прогресс был непрерывным.
Взрывы постепенно росли на протяжении истории. Были редкие большие скачки, такие как атомное оружие, но даже при этом нет никаких магических чисел. Если бы каждая термоядерная бомба имела одинаковую мощность, то, возможно, это стало бы научной единицей, но они менялись повсюду .
Есть несколько магических частот, давно знакомых людям. У электромагнитных волн есть яркий остров в частотном спектре при видимом свете . Но даже это размазано по октаве (400-800 TeraHertz), и есть широкие океаны с поразительной однородностью по обе стороны.

С другой стороны, знакомство человека с расстоянием происходило внезапно. «Мы были ограничены только землей, океаном и небом», - сказал Саган . Эти жесткие границы в путешествиях людей сохранялись на протяжении тысячелетий. Шаг взрослого - древний, узкий, знакомый остров по спектру расстояний. Расстояние до Солнца всегда было знакомым и, по-видимому, большим, задолго до того, как кто-то мог его измерить. Так что условия для этого сохраняются. «Светлый год» закрепляет сюрреалистическое количество на двух осязаемых вещах, которые вряд ли могут быть более знакомыми. И они оба являются жесткими границами, даже если их комбинации нет.

Время - это еще одна комковатая область для людей, с глубокими колеями в течение дня, года, дыхания. Никакие метрические префиксы на одном устройстве не подойдут.

— Боб Стейн
источник