Как изначально рассчитывалось расстояние Земля-Солнце?

AFAIK это было возможно задолго до появления первых межпланетных зондов.

Кто сделал это?

В книге «Транзиты Венеры » Шихана и Уэстфолла описано, как Аристарх использовал расчет Гиппарха для расстояния Земля-Луна, который, в свою очередь, использовал расчет Эратосфена для окружности Земли, чтобы вычислить расстояние Земля-Солнце.

Аристарх Самосский первым серьезно рассчитал расстояние до Солнца, используя геометрию. Когда Луна ровно наполовину освещена, если смотреть с Земли (первая или последняя четверть фазы), тогда существует прямой треугольник между Землей, Луной и Солнцем, с Луной под прямым углом. Затем он мог измерить угловое расстояние в небе между Солнцем и Луной, а также расстояние и геометрию Земли-Луны, чтобы получить расстояние Земля-Солнце.

Самая известная древняя оценка окружности Земли, сделанная Эратосфеном Киренским (ок. 276-196 до н.э.), библиотекарем в великой библиотеке в Александрии. Используя простой гномон, он обнаружил, что в Сиене ... солнце во время летнего солнцестояния совсем не отбрасывает тень: оно было точно над головой. ... В то же время в Александрии тень, отбрасываемая солнцем, показывает, что она стояла в 7,2 градуса от вертикали. Эта разница равна 1/50 круга.

Используя расстояние между городами, можно рассчитать окружность Земли.

Как только радиус Земли известен, сама земля может использоваться как базовая линия для определения еще больших расстояний - расстояния до Луны.

[I] становится возможным рассчитать расстояние от Земли до Луны косвенно из геометрии [лунных] затмений. Используя этот метод, Гиппарх Родосский (эт. 140 г. до н.э.) выяснил, что расстояние до Луны составляло 59 радиусов Земли. Это хорошее приближение - с 1 1/2 или 2 земными радиусами современного значения.

Используя расстояние Земля-Луна и отрыв Луны от Солнца на небе, когда Луна была точно в полуфазе, Аристарх рассчитал расстояние Земля-Солнце.

Аристарх выдвинул геометрический аргумент, основанный на определении угла Солнце-Земля-Луна в то время, когда фаза Луны составляет ровно половину. Для этого угла, который на самом деле составляет 89,86 градуса, Аристарх использовал 87 градусов; Разногласия более значительны, чем могут показаться, потому что критической величиной является разница между углом и 90 градусами.

Из-за этого Аристарх получил только значение, эквивалентное «5 миллионам миль», что слишком мало.

У Фила Плейта на его старом сайте Bad Astronomy есть статья, в которой он отвечает на вопрос о том, как астрономы первоначально рассчитали расстояние от Земли до Солнца (AU, или астрономическая единица).

Гюйгенс был первым, кто вычислил это расстояние с любой точностью.

Так как же это сделал Гюйгенс? Он знал, что Венера показала фазы при просмотре через телескоп, как наша Луна. Он также знал, что фактическая фаза Венеры зависит от угла, который она сделала с Солнцем, если смотреть с Земли. Когда Венера находится между Землей и Солнцем, дальняя сторона освещена, и поэтому мы видим, что Венера темная. Когда Венера находится на противоположной стороне Солнца от Земли, мы можем видеть всю половину, обращенную к нам, освещенной, и Венера выглядит как полная Луна. Когда Венера, Солнце и Земля образуют прямой угол, Венера выглядит наполовину освещенной, как полумесяц.

Теперь, если вы можете измерить любые два внутренних угла в треугольнике и узнать длину одной из его сторон, вы можете определить длину другой стороны. Поскольку Гюйгенс знал угол Солнца-Венеры-Земли (по фазам), и он мог непосредственно измерять угол Солнца-Земли-Венеры (просто измеряя видимое расстояние Венеры от Солнца на небе), все, что ему было нужно, это знать расстояние от Земли до Венеры. Затем он мог использовать простую тригонометрию, чтобы получить расстояние от Земли до Солнца.

Это где Гюйгенс споткнулся. Он знал, что если вы измерили видимый размер объекта и знали его истинный размер, вы могли бы найти расстояние до этого объекта. Гюйгенс думал, что он знает фактический размер Венеры, используя такие ненаучные методы, как нумерология и мистицизм. Используя эти методы, он думал, что Венера была того же размера, что и Земля. Как оказалось, это правильно! Венера действительно очень близка к размеру Земли, но в этом случае он понял это совершенно случайно. Но так как у него был правильный номер, он получил правильный номер для АС.

В основном, Гюйгенс использовал хорошие методы, за исключением использования «нумерологии и мистики» для определения размеров Венеры. Ему повезло, что Венера была почти размером с Землю; это сделало его оценку для AU довольно близко.

Вскоре после этого Кассини использовал параллакс Марса для определения АС. (Та же статья, что и ссылка выше.)

В 1672 году Кассини использовал метод, включающий параллакс на Марсе, чтобы получить АС, и его метод был правильным.

Параллакс - это видимая разница в угле, наблюдаемая из-за различных положений наблюдения. Чем меньше параллакс, тем больше расстояние.

Однако точность результирующего расчета зависит от точности наблюдений, а измерения параллакса не настолько точны.

В 1716 году Эдмонд Халли опубликовал способ использования транзита Венеры для точного измерения солнечного параллакса, то есть разницы в положении Солнца на небе благодаря наблюдателям на разных широтах.

Из-за разницы в широте наблюдателей Венера, казалось бы, двигалась вдоль хорды разной длины над диском Солнца. Движение Венеры почти равномерно, длина каждого аккорда будет пропорциональна продолжительности транзита. Таким образом, наблюдатели на самом деле ничего не должны измерять ; им нужно будет только время транзита. К счастью, существующие маятниковые часы были более чем достаточно точны для этой цели.

Они могли с большой точностью рассчитывать время прохождения, которое будет длиться часами. Но им пришлось подождать до следующего транзита Венеры в 1761 году. Затем наблюдатели наблюдали эффект черной капли , из-за чего было очень трудно точно рассчитать время от начала до конца.

Эффект черной капли не может быть полностью устранен, но он гораздо более заметен в наблюдениях, проведенных с помощью телескопов с несовершенным оптическим качеством (как и многие из тех, что использовались на транзите 1761 года), а также в кипящем или неустойчивом воздухе. Путаница в отношении времени внутренних контактов ... привела к тому, что время наблюдений различалось у наблюдателей из-за черной капли на целых 52 секунды.

В конце концов, существует широкий диапазон опубликованных значений, от 8,28 угловых секунд до 10,60 угловых секунд.

Но затем был транзит 1769 года. Наблюдения в Норвегии и в Гудзоновом заливе были сделаны для северных наблюдений, и капитан Джеймс Кук был отправлен на то, что сейчас является Таити, чтобы сделать южное наблюдение. Жером Лаланд составил цифры и вычислил солнечный параллакс в 8,6 угловых секунд, что близко к современному значению около 8,794 угловых секунд. В результате этих расчетов был получен первый довольно точный расчет расстояния от Земли до Солнца, состоящий из 24 000 радиусов Земли, который с учетом радиуса Земли 6 371 км, что составляет около 153 000 000 км, при этом принятое значение составляет около 149 600 000 км.