Astronomien måler afstande, som meteren ikke bekvemt kan udtrykke. Den nærmeste stjerne til Solen ligger omkring 40 billioner kilometer borte. Skrevet i meter er det et tal med sytten cifre, ulæseligt og umuligt at sammenligne med et blik. Astronomer bruger derfor tre større enheder, hver tilpasset en skala: den astronomiske enhed til Solsystemet, lysåret til nære stjerner og parsec til alt derudover.
De udgør ikke et målesystem i den forstand, SI eller det britiske system er det. De har hverken basisenhed, præfikser eller indre struktur. Det er enkeltstående definitioner, hver fastlagt i meter, bevaret fordi de gør tallene i en bestemt skala læselige. Alle tre er tilladt til brug ved siden af SI.
Problemet er spændvidden. Inden for Solsystemet strækker afstandene sig fra nogle hundrede tusinde til nogle milliarder kilometer. Mellem stjerner tælles de i lysår. På det observerbare univers' skala i milliarder parsec. Én enkelt enhed kan ikke tjene disse tre områder uden at give absurd store eller absurd små tal.
Der er en anden, historisk grund. I størstedelen af astronomiens historie var Solsystemets absolutte skala ukendt. Astronomerne kunne måle forholdene mellem planetafstandene meget nøjagtigt ud fra omløbstiderne, men ikke afstandene selv. At udtrykke alt i forhold til Jordens afstand fra Solen lod dem arbejde nøjagtigt uden at kende den afstand i kilometer. Den astronomiske enhed opstod som den reference og blev først langt senere et fast antal meter.
Den astronomiske enhed, symbol au, svarer omtrent til Jordens middelafstand fra Solen. Den var oprindeligt defineret ved Jordens bane, hvilket var upraktisk: banen er en ellipse, og definitionen afhang af Solens masse, som ikke kendes eksakt.
Den Internationale Astronomiske Union afgjorde sagen i 2012 ved at fastsætte den astronomiske enhed til præcis 149.597.870.700 meter. Den er nu en defineret omregningsfaktor og ikke en målt størrelse, ligesom meteren defineres ved lysets hastighed. Den valgte værdi stemmer så tæt med den tidligere målte, at intet praktisk arbejde blev forstyrret.
Enheden bruges næsten udelukkende inden for Solsystemet og til exoplaneters baner. Merkur kredser i omkring 0,39 au, Jorden per definition i omkring 1 au, Jupiter i 5,2 au og Neptun i 30 au. Kuiperbæltet strækker sig mellem omkring 30 og 50 au. Udtrykt sådan bliver Solsystemets opbygning umiddelbart læselig, hvilket den ikke er i kilometer.
Et lysår er den strækning, lyset tilbagelægger på et år i vakuum. Det er trods navnet en længdeenhed og ikke en tidsenhed, og forvekslingen er hyppig nok til, at det bør siges rent ud.
Værdien følger af to fastlagte tal. Lysets hastighed er præcis 299.792.458 meter i sekundet. Det julianske år, der bruges til definitionen, tæller præcis 365,25 døgn à 86.400 sekunder. Produktet giver præcis 9.460.730.472.580.800 meter, knap 9,5 billioner kilometer. Da begge indgangsværdier er definerede og ikke målte, er lysåret eksakt.
Lysåret er den populærvidenskabelige astronomis enhed. Det optræder i pressen og i almene tekster langt oftere end i forskningsartikler, fordi det bærer en anskuelig betydning, som parsec mangler: at se et objekt i 100 lysårs afstand er at se det, som det var for 100 år siden. Proxima Centauri ligger 4,25 lysår borte, vores galakses centrum omkring 26.000 og Andromedagalaksen omkring 2,5 millioner.
Parsec er den enhed, professionelle astronomer faktisk bruger, og den eneste af de tre, der defineres ved en måleteknik i stedet for ved en fysisk størrelse.
Navnet er en sammentrækning af »parallakse sekund«. Mens Jorden gennemløber sin bane, synes en nær stjerne at forskyde sig en smule i forhold til den fjerne baggrund. At måle den forskydning fra to modstående punkter i banen giver stjernens afstand ved simpel trigonometri. En stjerne, hvis forskydning udgør ét buesekund, altså 1/3600 grad, ved en basislinje på én astronomisk enhed, ligger én parsec borte.
Siden 2015 defineres parsec eksakt som 648.000/π astronomiske enheder, omkring 30,857 billioner kilometer eller 3,2616 lysår. Definitionen er nyttig, fordi den gør regningen triviel: en stjernes afstand i parsec er ganske enkelt den reciprokke af dens parallakse i buesekunder. En parallakse på 0,1 buesekunder betyder 10 parsec. Multipla følger de sædvanlige SI-præfikser, deraf kiloparsec til galaktiske skalaer og megaparsec til afstande mellem galakser.
| Enhed | Symbol | Værdi i meter | Typisk brug | Omregn |
|---|---|---|---|---|
| Astronomisk enhed | au | 1,495978707 × 1011 | Solsystemet | au til kilometer |
| Lysår | ly | 9,4607304726 × 1015 | Nære stjerner | lysår til kilometer |
| Parsec | pc | 3,0856775815 × 1016 | Professionel astronomi | parsec til lysår |
Keplers love gav astronomerne planetbanernes indbyrdes størrelser allerede i begyndelsen af 1600-tallet, men ikke deres absolutte skala. Solsystemet var et kort uden målestok. At fastlægge skalaen krævede, at én afstand blev målt direkte, og Venuspassagen tilbød vejen dertil.
Når Venus trækker forbi solskiven, ser iagttagere på forskellige breddegrader den beskrive lidt forskellige baner, og tidsforskellen giver afstanden ved parallakse. Edmond Halley foreslog metoden i 1716, vidende at han ikke ville leve til at bruge den. Internationale ekspeditioner blev udrustet til passagerne i 1761 og 1769 og sendte iagttagere til Sibirien, Sydafrika, Tahiti og Hudson Bay i et af de første verdensomspændende samordnede videnskabelige foretagender. James Cooks første rejse blev delvis organiseret med dette formål. Resultaterne bragte den astronomiske enhed inden for få procent af nutidens værdi.
Radaren gjorde en ende på gætteriet. At lade et radiosignal kaste tilbage fra Venus i 1960'erne og måle ekkoet gav afstanden direkte med et par hundrede meters nøjagtighed. Telemetri fra rumsonder forfinede den yderligere, og beslutningen i 2012 om at fastsætte værdien per definition anerkendte blot, at målingen var blevet bedre end den definition, den tjente.
Da lysets hastighed er fastlagt, kan enhver astronomisk afstand angives som den tid, lyset bruger på at krydse den. Astronomer gør det hele tiden. Solen ligger otte lysminutter borte, Jupiter omkring 43 lysminutter og Solsystemets rand omkring 18 lystimer. Radiokommandoer til en sonde ved Mars er fire til fireogtyve minutter undervejs, hvilket er grunden til, at sonder programmeres til at handle på egen hånd under landinger.
Den samme tanke gælder i større skala, med en følge der er værd at sige højt: at se langt ud er at se tilbage. Et objekt i 100 millioner lysårs afstand ses, som det var for 100 millioner år siden, og dets nuværende tilstand kan ikke iagttages. Teleskoper er derfor lige så meget historiske som geografiske instrumenter, og de dybeste billeder, der nogensinde er taget, viser galakser, som de var, da universet var nogle hundrede millioner år gammelt.
Valget går ud på at holde tallet mellem omkring ét og nogle tusinde. Afstande inden for Solsystemet angives i astronomiske enheder. Afstande til stjerner inden for nogle tusinde lysår angives i parsec af fagfolk og i lysår af andre. Afstande i galaksens skala angives i kiloparsec og de mellem galakser i megaparsec.
Valget er altså praktisk snarere end principielt. Ingen regel forbyder at angive en stjerneafstand i kilometer; tallet bliver blot ulæseligt og dermed ubrugeligt til sammenligning, hvilket er hele formålet med at vælge enhed. Kilometeren overlever til én opgave: afstande til Månen og til genstande i kredsløb om Jorden, hvor en astronomisk enhed ville være ubekvemt stor. Månen ligger 384.400 kilometer borte, altså 0,0026 au, og det andet tal siger intet brugbart.
Parallaksen forbliver grundlaget. Det er den eneste direkte metode, den kræver ingen antagelse om det iagttagne objekt, og alt andet kalibreres mod den. Jordbaserede teleskoper begrænses af atmosfæren til nogle hundrede parsec. Rummet ændrer det. Satellitten Hipparcos kortlagde omkring 100.000 stjerner i 1990'erne, og missionen Gaia har siden målt parallakser for over en milliard stjerner med en nøjagtighed på titusinder af mikrobuesekunder og dermed nået en stor del af galaksen.
Ud over parallaksen bruger astronomer standardlys: objekter med kendt egenlysstyrke, hvis afstand følger af, hvor svage de forekommer. Cepheider pulserer i en takt, der røber deres virkelige lysstyrke, og supernovaer af type Ia eksploderer med jævn lysstyrke, kraftig nok til at ses over milliarder parsec. Hvert trin på denne afstandsstige kalibreres mod det underliggende, og derfor forplanter en forbedring i parallaksemålingerne sig helt ud til kosmologiske afstande.
Det er ikke kun afstande, der får egne enheder i astronomien. Masser angives i solmasser, omkring 1,989 × 1030 kilogram, fordi stjerner og sorte huller i kilogram kun fremstår som ubekvemme tierpotenser. En tung stjerne vejer så ganske enkelt tyve solmasser, og det sorte hul i vores galakses centrum godt fire millioner. Radier følger samme logik og udtrykkes i sol- eller jordradier, planetmasser ofte i Jupiter- eller jordmasser.
Også lysstyrke har sin egen skala. Den tilsyneladende størrelsesklasse er logaritmisk og løber baglæns: jo mindre tal, desto lysere objekt. En forskel på fem størrelsesklasser svarer præcis til en faktor hundrede i lysstyrke. Skalaen går tilbage til antikke stjernekataloger, hvor de klareste stjerner blev henført til første og de netop synlige til sjette klasse, og blev senere tilpasset det historiske gitter i stedet for at blive udformet på ny.
Disse størrelser findes ikke på dette websted, fordi de ikke tillader omregning i sædvanlig forstand. De viser dog samme mønster som afstandsenhederne: hvert fagområde vælger den reference, hvor dets typiske værdier fremstår som håndterlige tal.
Da alle tre enheder er eksakte i meter, er omregningerne mellem dem det også. Én parsec er 3,2616 lysår og 206.265 astronomiske enheder. Ét lysår er 63.241 astronomiske enheder. Tallene er store, så videnskabelig notation er som regel tydeligere end en lang cifferrække.
Du kan gennemse alle længdeenheder på webstedet fra arkivet over længdeenheder, eller sammenligne dem med de metriske enheder i SI-systemet.