Astronomin mäter avstånd som metern inte bekvämt kan uttrycka. Den närmaste stjärnan till solen ligger omkring 40 biljoner kilometer bort. Skrivet i meter är det ett tal med sjutton siffror, oläsbart och omöjligt att jämföra med en blick. Astronomer använder därför tre större enheter, var och en anpassad till en skala: astronomiska enheten för solsystemet, ljusåret för närbelägna stjärnor och parsek för allt därutöver.
De utgör inget mätsystem i den mening SI eller det brittiska systemet är det. De saknar basenhet, prefix och inre struktur. Det är enskilda definitioner, var och en fastställd i meter, bevarade för att de gör talen i en viss skala läsbara. Alla tre är tillåtna för bruk vid sidan av SI.
Problemet är omfånget. Inom solsystemet sträcker sig avstånden från några hundratusen till några miljarder kilometer. Mellan stjärnor räknas de i ljusår. På det observerbara universums skala i miljarder parsek. En enda enhet kan inte tjäna dessa tre områden utan att ge orimligt stora eller orimligt små tal.
Det finns ett andra, historiskt skäl. Under större delen av astronomins historia var solsystemets absoluta skala okänd. Astronomerna kunde mäta förhållandena mellan planetavstånden mycket noggrant utifrån omloppstiderna, men inte avstånden själva. Att uttrycka allt i förhållande till jordens avstånd från solen lät dem arbeta exakt utan att känna det avståndet i kilometer. Astronomiska enheten uppstod som den referensen och blev först långt senare ett fast antal meter.
Astronomiska enheten, symbol au, motsvarar ungefär jordens medelavstånd till solen. Den definierades ursprungligen av jordbanan, vilket var opraktiskt: banan är en ellips och definitionen berodde på solens massa, som inte är exakt känd.
Internationella astronomiska unionen avgjorde saken 2012 genom att fastställa astronomiska enheten till exakt 149 597 870 700 meter. Den är nu en definierad omräkningsfaktor och ingen uppmätt storhet, på samma sätt som metern definieras av ljushastigheten. Det valda värdet stämmer så nära det tidigare uppmätta att inget praktiskt arbete rubbades.
Enheten används nästan uteslutande inom solsystemet och för exoplaneters banor. Merkurius kretsar på ungefär 0,39 au, jorden per definition på ungefär 1 au, Jupiter på 5,2 au och Neptunus på 30 au. Kuiperbältet ligger mellan ungefär 30 och 50 au. Uttryckt så blir solsystemets uppbyggnad omedelbart läsbar, vilket den inte är i kilometer.
Ett ljusår är den sträcka ljuset färdas på ett år i vakuum. Det är trots namnet en längdenhet och inte en tidsenhet, och förväxlingen är vanlig nog att det bör sägas rakt ut.
Värdet följer av två fastställda tal. Ljushastigheten är exakt 299 792 458 meter per sekund. Det julianska år som används för definitionen räknar exakt 365,25 dygn om 86 400 sekunder. Produkten ger exakt 9 460 730 472 580 800 meter, knappt 9,5 biljoner kilometer. Eftersom båda ingångsvärdena är definierade och inte uppmätta är ljusåret exakt.
Ljusåret är den populärvetenskapliga astronomins enhet. Det förekommer i pressen och i allmänna texter långt oftare än i forskningsartiklar, eftersom det bär en åskådlig innebörd som parsek saknar: att se ett objekt på 100 ljusårs avstånd är att se det som det var för 100 år sedan. Proxima Centauri ligger 4,25 ljusår bort, vår galax centrum omkring 26 000 och Andromedagalaxen omkring 2,5 miljoner.
Parsek är den enhet yrkesastronomer faktiskt använder, och den enda av de tre som definieras av en mätteknik i stället för av en fysikalisk storhet.
Namnet är en sammandragning av »parallaxsekund«. Medan jorden går sin bana tycks en närbelägen stjärna förskjutas något mot den avlägsna bakgrunden. Att mäta den förskjutningen från två motstående punkter i banan ger stjärnans avstånd genom enkel trigonometri. En stjärna vars förskjutning uppgår till en bågsekund, alltså 1/3600 grad, vid en baslinje på en astronomisk enhet, ligger en parsek bort.
Sedan 2015 definieras parsek exakt som 648 000/π astronomiska enheter, ungefär 30,857 biljoner kilometer eller 3,2616 ljusår. Definitionen är användbar eftersom den gör räkningen trivial: en stjärnas avstånd i parsek är helt enkelt inversen av dess parallax i bågsekunder. En parallax på 0,1 bågsekunder betyder 10 parsek. Multiplar följer de vanliga SI-prefixen, varav kiloparsek för galaktiska skalor och megaparsek för avstånd mellan galaxer.
| Enhet | Symbol | Värde i meter | Typiskt bruk | Räkna om |
|---|---|---|---|---|
| Astronomisk enhet | au | 1,495978707 × 1011 | Solsystemet | au till kilometer |
| Ljusår | ly | 9,4607304726 × 1015 | Närbelägna stjärnor | ljusår till kilometer |
| Parsek | pc | 3,0856775815 × 1016 | Yrkesastronomi | parsek till ljusår |
Keplers lagar gav astronomerna planetbanornas inbördes storlekar redan i början av 1600-talet, men inte deras absoluta skala. Solsystemet var en karta utan skalstock. Att fastställa skalan krävde att ett avstånd mättes direkt, och Venuspassagen erbjöd vägen dit.
När Venus drar förbi solskivan ser observatörer på olika breddgrader den beskriva något olika banor, och tidsskillnaden ger avståndet genom parallax. Edmond Halley föreslog metoden 1716, i vetskap om att han inte skulle leva för att använda den. Internationella expeditioner utrustades för passagerna 1761 och 1769 och sände observatörer till Sibirien, Sydafrika, Tahiti och Hudson Bay, i ett av de första världsomspännande samordnade vetenskapliga företagen. James Cooks första resa organiserades delvis i detta syfte. Resultaten förde astronomiska enheten till några få procent från dagens värde.
Radarn gjorde slut på gissandet. Att låta en radiosignal studsa mot Venus på 1960-talet och mäta ekot gav avståndet direkt, med några hundra meters noggrannhet. Telemetri från rymdsonder förfinade det ytterligare, och beslutet 2012 att fastställa värdet per definition erkände bara att mätningen hade blivit bättre än den definition den tjänade.
Eftersom ljushastigheten är fastställd kan varje astronomiskt avstånd anges som den tid ljuset behöver för att korsa det. Astronomer gör det ständigt. Solen ligger åtta ljusminuter bort, Jupiter omkring 43 ljusminuter och solsystemets rand omkring 18 ljustimmar. Radiokommandon till en sond vid Mars tar mellan fyra och tjugofyra minuter att nå fram, vilket är skälet till att sonder programmeras att handla på egen hand under landningar.
Samma tanke gäller i större skala, med en följd värd att uttala: att se långt bort är att se bakåt. Ett objekt på 100 miljoner ljusårs avstånd ses som det var för 100 miljoner år sedan, och dess nuvarande tillstånd går inte att iaktta. Teleskop är därför lika mycket historiska som geografiska instrument, och de djupaste bilder som någonsin tagits visar galaxer som de var när universum var några hundra miljoner år gammalt.
Valet handlar om att hålla talet mellan ungefär ett och några tusen. Avstånd inom solsystemet anges i astronomiska enheter. Avstånd till stjärnor inom några tusen ljusår anges i parsek av yrkesfolk och i ljusår av andra. Avstånd i galaxens skala anges i kiloparsek och de mellan galaxer i megaparsek.
Valet är alltså praktiskt snarare än principiellt. Ingen regel förbjuder att ett stjärnavstånd anges i kilometer; talet blir bara oläsligt och därmed oanvändbart för jämförelser, vilket är hela syftet med att välja enhet.
Kilometern överlever för en uppgift: avstånd till månen och till föremål i omloppsbana kring jorden, där en astronomisk enhet vore obekvämt stor. Månen ligger 384 400 kilometer bort, alltså 0,0026 au, och det andra talet säger ingenting användbart.
Parallaxen förblir grunden. Det är den enda direkta metoden, den kräver inget antagande om det observerade objektet, och allt annat kalibreras mot den. Markbundna teleskop begränsas av atmosfären till några hundra parsek. Rymden ändrar det. Satelliten Hipparcos kartlade omkring 100 000 stjärnor på 1990-talet, och uppdraget Gaia har sedan dess mätt parallaxer för över en miljard stjärnor med en noggrannhet på tiotals mikrobågsekunder och därmed nått en stor del av galaxen.
Bortom parallaxen använder astronomer standardljus: objekt med känd egenljusstyrka vars avstånd följer av hur svaga de ter sig. Cepheider pulserar i en takt som avslöjar deras verkliga ljusstyrka, och supernovor av typ Ia exploderar med jämn ljusstyrka, tillräckligt stark för att synas på miljarder parsek. Varje steg i denna avståndsstege kalibreras mot det underliggande, och därför fortplantar sig en förbättring i parallaxmätningarna ända ut till kosmologiska avstånd.
Det är inte bara avstånd som får egna enheter i astronomin. Massor anges i solmassor, ungefär 1,989 × 1030 kilogram, eftersom stjärnor och svarta hål i kilogram bara framträder som obekväma tiopotenser. En tung stjärna väger då helt enkelt tjugo solmassor och det svarta hålet i vår galax centrum drygt fyra miljoner. Radier följer samma logik och uttrycks i sol- eller jordradier, planetmassor ofta i Jupiter- eller jordmassor.
Även ljusstyrka har en egen skala. Den skenbara magnituden är logaritmisk och löper baklänges: ju mindre tal, desto ljusare objekt. En skillnad på fem magnituder motsvarar exakt en faktor hundra i ljusstyrka. Skalan går tillbaka på antika stjärnkataloger, där de ljusaste stjärnorna fördes till första och de nätt och jämnt synliga till sjätte klassen, och anpassades senare till det historiska rutnätet i stället för att utformas på nytt.
Dessa storheter finns inte på den här webbplatsen, eftersom de inte medger omräkning i vanlig mening. De visar dock samma mönster som avståndsenheterna: varje fackområde väljer den referens där dess typiska värden framträder som hanterliga tal.
Eftersom alla tre enheterna är exakta i meter är även omräkningarna mellan dem exakta. En parsek är 3,2616 ljusår och 206 265 astronomiska enheter. Ett ljusår är 63 241 astronomiska enheter. Talen är stora, så vetenskaplig notation är oftast tydligare än en lång sifferrad.
Du kan bläddra bland alla längdenheter på webbplatsen från arkivet över längdenheter, eller jämföra dem med de metriska enheterna i SI-systemet.