¿Por qué los astrónomos no usan medidores para medir distancias astronómicas?


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En astronomía, las distancias generalmente se expresan en unidades no métricas como: años luz, unidades astronómicas (AU), parsecs, etc. ¿Por qué no usan metros (o múltiplos de los mismos) para medir distancias, ya que estas son la unidad SI para ¿distancia? Dado que el medidor ya se usa en física de partículas para medir el tamaño de los átomos, ¿por qué no podría usarse en astrofísica para medir las grandes distancias en el Universo?

Por ejemplo:

  • La ISS orbita a unos 400 km sobre la Tierra.
  • El diámetro del Sol es de 1.39 Gm (gigametros).
  • La distancia a la galaxia de Andrómeda es de 23 Zm (zettametros).
  • En su punto más alejado, Plutón está a 5.83 Tm (terametros) del Sol.

Editar: algunos han respondido que los medidores son demasiado pequeños y, por lo tanto, no son intuitivos para medir grandes distancias, sin embargo, hay muchas situaciones en las que esto no es un problema, por ejemplo:

  • Los bytes se utilizan para medir cantidades gigantescas de datos, por ejemplo, terabytes (1e + 12) o petabytes (1e + 15)
  • La energía liberada por grandes explosiones generalmente se expresa en megatones, que se basa en gramos (1e + 12)
  • La unidad SI Hertz a menudo se expresa en gigahercios (1e + 9) o terahercios (1e + 12) para medir frecuencias de red o velocidades de reloj del procesador.

Si la razón principal para no usar medidores es histórica, ¿es razonable esperar que las unidades SI se conviertan en el estándar en astronomía, como la mayoría del mundo cambió de unidades nativas a unidades SI para mediciones diarias?


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Porque no es útil hacerlo.
eyeballfrog

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¿Qué crees que son un Angstrom o un Fermi? O un granero? Los físicos no siempre especifican cosas en SI tampoco y por la misma razón.
Rob Jeffries

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Por la misma razón por la que compras arroz en KG, no por grano.
dotancohen

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Porque desea que las unidades se relacionen con los objetos que se miden. Si te dijera que mido Longitud de la plancha, ¿te ayudaría a imaginarte la altura que tengo? 1.131035
Dmitry Grigoryev

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@MartinArgerami Cierto, pero si alguien me dice que mide 57 pies de altura, detectaré un error de inmediato (y creo que un estadounidense no me creerá si les digo que tengo 18 metros de altura). Con longitudes de tablones, incluso un error por un orden de magnitud puede no ser obvio.
Dmitry Grigoryev

Respuestas:


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Además de la respuesta proporcionada por @ HDE226868, hay razones históricas. Antes de la llegada del uso del radar para encontrar distancias en el sistema solar, teníamos que usar otros métodos inteligentes para encontrar la distancia desde la Tierra hasta el sol; por ejemplo, midiendo el tránsito de Venus a través de la superficie del sol . Estos métodos no son tan precisos como los disponibles en la actualidad, por lo que tiene sentido especificar distancias, que se basan en la medición de paralaje, en términos de la distancia incierta, pero fija, de la Tierra y el Sol. De esa forma, si las mediciones futuras cambian el valor de conversión de AU a metros, no tiene que cambiar tantos papeles y libros de texto.

Sin mencionar que tales incertidumbres de calibración introducen errores correlacionados en un análisis que no se pueden derrotar usando tamaños de muestra grandes.

No puedo hablar con autoridad sobre la historia real, pero las mediciones del sistema solar se realizaron inicialmente en términos de la distancia Tierra / Sol. Por ejemplo, una pequeña geometría muestra que es bastante sencillo retroceder el tamaño de la órbita de Venus y Mercurio en UA desde su máximo alargamiento solar. No sé cómo resolvieron los radios orbitales de Marte, etc., pero casi con seguridad se hicieron en la UA mucho antes de que se conociera la UA, y todo eso antes de que existiera el sistema MKS, y mucho menos se estandarizó.

Para las estrellas, la base de lo que se conoce como la "escala de distancia cosmológica" (es decir, "todas las medidas de distancia" en astronomía) se basa en la medición del ángulo de paralaje:

tanπangle=1AUD.
Medirreen 'parsecs' es configurar la ecuación de modo que el ángulo que se mide en segundos de arco se ajuste a la aproximación de ángulo pequeño. Es decir:
re1pagsunarsmiC=π180×60 60×60 60bronceado(πunanortesollmiπrunareyounanortes180×60 60×60 60unarCsmiC).
En otras palabras,1parsec=180×3600πAU.

Los astrónomos también tienen una marcada preferencia por el primo cercano de las unidades mks / SI, conocidas como cgs . Por lo que puedo decir, esto se debe a la influencia de los espectroscopistas a quienes les gustó la parte de las "unidades gaussianas" para el electromagnetismo porque establece la constante de Coulomb en 1, lo que simplifica los cálculos.


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Yo diría que esta es la respuesta correcta, mientras que la proporcionada por HDE 226868 no lo es. En términos de comprensión humana, medir, por ejemplo, el sistema solar es AU, no es más o menos intuitivo que medirlo en gigametros (o tal vez terametros; 1 AU ≈ 150 Gm = 0.15 Tm). Sin embargo, las unidades no métricas aún persisten debido a la inercia histórica, y al hecho de que fueron (y a veces todavía son) más convenientes en casos en los que se puede medir cierta distancia en algunas unidades particulares con mayor precisión que la longitud de esas unidades. Ser medidas en metros.
Ilmari Karonen

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Me gusta esta respuesta Puede ampliarlo mencionando que la medida preferida de la distancia estelar es el parsec, ya que se puede calcular exactamente en términos de AU, (648000 AU = \ pi parsec)
James K

3
Otro paralelo histórico a esta situación proviene de la química, donde existe una fuerte preferencia por hablar de los "moles" de una sustancia en lugar de un cierto número de moléculas de esa sustancia. No es solo que la cantidad de lunares sea menos probable que requiera una notación científica para expresarse; También es que durante un tiempo sorprendentemente largo (hasta principios del siglo XX), los químicos en realidad no sabían cuántas moléculas había en un lunar.
Michael Seifert

3
En general, a los físicos no les gustan los números en bruto. Realmente les gusta expresar cantidades como números adimensionales que expresan alguna propiedad de un sistema. Hace que sea más fácil razonar sobre las cosas. Entonces, si está considerando un sistema planetario, trabajar en AU (es decir, expresar distancias como un múltiplo de la órbita de la Tierra) es algo muy razonable.
drxzcl

1
Los astrónomos no usan seriamente pi_angle para el ángulo de paralaje, ¿verdad? Eso parece potencialmente confuso =).
Chris Chudzicki

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Sugeriría que también hace que el material sea más accesible para la mente humana.

Simplemente no puedo trabajar con números increíblemente grandes o pequeños. No transmiten significado.

Pero 1 UA es fácil, incluso si no sé exactamente qué es eso en metros, sé lo que significa y es una escala conveniente para la mente.

Del mismo modo, cuando hablamos de distancias estelares, ¿de qué sirve la distancia en metros (o AU)? Tiene más sentido trabajar con años luz. Nuevamente, la mayoría de las personas saben lo que eso significa, incluso si no saben exactamente qué es en metros.

Y cuando nos volvemos cósmicos, también estás hablando de tiempos colosales en el pasado, por lo que los años luz tienen un doble significado aquí. Si te dije la distancia en metros, eso no te dice instantáneamente qué tan atrás en el tiempo también está.

Así que creo que es una cuestión de conveniencia y comprensión.


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¿Qué hay de los bytes? Nadie parece tener un problema al usar bytes para números extremadamente grandes, ya sea KB, MB, GB, TB, PB, etc. Nadie piensa que estas unidades no son intuitivas o necesitamos una unidad completamente diferente una vez que el tamaño excede algún límite. No estoy seguro de por qué esto sería diferente con respecto al medidor y las mediciones grandes.
Arne

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Mi opinión es que la mayoría de las personas no comprenden realmente KB, MB, TB, etc. ¿Qué es un byte? ¿Qué es una tuberculosis? Para la mayoría son poco más que etiquetas de marketing. Creo que las únicas personas que los entienden son profesionales que tienen que hacerlo. Y para un tipo de computadora (culpable) esas medidas son bastante sencillas. YMMV.
StephenG

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@Arne: Como estudiante de informática, me gustaría señalar que nosotros (los informáticos) usamos un número de bytes que no es del SI para hablar de memoria. KB, MB, GB, TB, PB, etc. no son unidades SI. Por ejemplo, 1 MB = 1024 KB, no 1000 como lo haría en un sistema SI. Usamos la base 2, no la base 10.
sharur

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@pipe KiB, MiB, ... son por definición base-2. KB, MB, ... son ambiguos y pueden usar base-2 o base-10 en uso común.
un CVn

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@pipe: Por el contrario, la base 2 está integrada en el hardware en su nivel más básico. Lo que es fraude límite son los vendedores que usan poderes de 10 para exagerar el tamaño de su memoria.
jamesqf

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Junto con las otras respuestas, hay otra razón, específicamente cuando se miden las distancias a otras galaxias.

Al establecer la distancia a otras galaxias, los astrónomos rara vez indican la distancia en alguna unidad de longitud, tienden a usar corrimientos al rojo ( z ). Esta unidad no es en realidad una unidad de longitud (es una relación adimensional de longitudes de onda), ni se convierte linealmente a una distancia ( z = 2 no es el doble de z = 1 ), ni hay una conversión exceptuada entre desplazamiento al rojo y distancia (depende de qué modelo del universo asumas).

Redshift se utiliza porque se puede medir con mucha precisión. Hay características en los espectros de una estrella o galaxias que sabemos la longitud de onda exacta a la que se emiten y, por lo tanto, el desplazamiento al rojo puede calcularse exactamente por:

z=λosisλmimetro-1

Esta es una propiedad observada, exacta (dentro del error experimental). Convertir esto en una distancia es confuso: ¿estás hablando de la distancia que el objeto está lejos de nosotros instantáneamente ahora , o instantáneamente cuando se emitió el fotón que ves , o la distancia que recorrió el fotón que ves?? ¿Desea tener en cuenta el movimiento local y la expansión del Hubble (universo)? Agregue a esto la forma del universo, la tasa de expansión del universo, la tasa de cambio de la expansión del universo (energía oscura / constantes de Hubble / otros efectos), y verá que cualquier conversión a una distancia real es problemático y requeriría que defina exactamente qué tipo de conversión y con qué supuestos. Es más fácil quedarse con el desplazamiento al rojo bien definido y fácil de medir.

Un buen trabajo (nivel de grado) que resume todos los diferentes tipos de distancias cosmológicas y sus cálculos es Hogg 2000 .


Jonathan: en la Introducción de Hogg, ¿es correcto que todas las distancias se midan a lo largo de una línea radial nula? Las lentes gravitacionales me vinieron a la mente ... En el sentido de que obviamente un fotón termina en mí como observador, pero esperaría (en principio, no en el sentido absoluto ... La diferencia puede ser insignificante) que lo hace después de "curvarse" ". Espero que quede claro a qué me refiero.
Alchimista

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Otra razón aún no mencionada:

No había prefijos SI utilizables para tales distancias.

Si desea utilizar una unidad, necesita algo que le permita expresar una cantidad específica sin demasiados ceros iniciales o finales. No expreso la altura humana como 1 670 000 µm o el tamaño de una bacteria como 0,000 02 m.

Si busca en la tabla de prefijos , verá que giga y tera se definieron por primera vez en 1960. Pero la definición no incluye el uso y esas definiciones eran exactamente tan exóticas como el octillion ; Seguro que existe como definición, pero nadie lo usa o sabe de su existencia. Durante los estudios académicos en física en los años 90 (!) Todavía no se conocía ampliamente, 30 años después de la introducción. Todavía muchos científicos no usan giga o tera en absoluto. Sugerencia de gerrit: los físicos usaron frecuencias con el prefijo giga- / tera-, lo olvidé.

1 AU es entonces 150 gigameter o 0.15 terameter. Si está utilizando años luz, 1 año luz ya es 9500 terameter, que no es una unidad conveniente. Treinta años después, finalmente introdujeron algunos prefijos métricos utilizables, pero todavía tengo que encontrar a alguien que use exa-, peta-, yotta- o zetta-.


Los comentarios no son para discusión extendida; Esta conversación se ha movido al chat .
called2voyage

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Quizás sea necesario retroceder en el tiempo y pensar por qué el codo (longitud del antebrazo), la liga (distancia recorrida en una hora), el pie (metro, ¿una décima millonésima parte de un cuadrante de la Tierra? no estar en esta lista), etc., se eligieron como unidades de distancia?
Eran fácilmente comprensibles y reproducibles, al mismo tiempo que eran de una escala comparable con las distancias a medir.
Entonces, en el mundo moderno, la gente ha elegido otras unidades de distancia que inicialmente tenían esas características.

Una vez que estas nuevas unidades ganan favor y se escriben documentos, libros de texto, etc., es difícil deshacerse de ellos y algunos dirían: "¿Por qué molestarse?".


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No sé cómo es en su país, pero aquí en Rusia, los artículos astronómicos y las noticias a menudo informan distancias astronómicas en kilómetros, millones de kilómetros, billones de kilómetros, billones de kilómetros, etc. Es solo que no usamos unidades como gigametros, petametros y similares, pero el kilómetro es la unidad estándar en astronomía.


2
Creo que estás hablando de artículos en publicaciones populares, pero no de revistas astronómicas profesionales.
Walter

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Ya se han dado varias respuestas excelentes. Pero nadie ha hablado de la percepción logarítmica. ( https://en.wikipedia.org/wiki/Weber%E2%80%93Fechner_law )

10metromitrmis100metromitrmis100metromitrmis1kmetro

Ley Weber-Fechner

Una ilustración de la ley Weber-Fechner. En cada lado, el cuadrado inferior contiene 10 puntos más que el superior. Sin embargo, la percepción es diferente: en el lado izquierdo, la diferencia entre el cuadrado superior e inferior es claramente visible. En el lado derecho, ambos cuadrados se ven casi iguales.

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2
"los humanos entienden la diferencia entre 1 y 10 parsecs mejor de lo que lo harían si se presentaran los mismos datos en metros". Simplemente agregue uno de los prefijos SI para medidores y terminará con la misma situación numérica. Esto realmente no explica por qué los parsecs y no los petametros (Pm).
Trilarion

1
Podrías haber nombrado parsecs como petametros . Simplemente decidimos que Parsec sonaba mejor.
Agile_Eagle

También parsec es conveniente ya que su definición hace que sea muy fácil de calcular la distancia utilizando el paralaje
Agile_Eagle

Estoy totalmente de acuerdo, fue muy conveniente. Creo que al final es principalmente una cuestión de convención.
Trilarion

2

Las unidades como los medidores son simplemente demasiado pequeñas para ser utilizadas al medir distancias en una escala astronómica. Mientras que uno podría, en teoría, usar medidores junto con notación científica, es innecesariamente difícil. Una Unidad Astronómica es la distancia entre la Tierra y el Sol, esto actúa como una especie de medidor cósmico.


1
Excepto la distancia entre el Sol y la Tierra va cambiando, por lo que la UA necesitaba ser definido en algunas unidades invariantes de todos modos ...
una CVn

1
La UA es el eje semi-mayor, que está bastante cerca de invariante.
userLTK

1
"Las unidades como los metros son simplemente demasiado pequeñas ..." Luego use un prefijo para agrandarlas como, por ejemplo, un petameter (Pm). No veo la gran desventaja.
Trilarion

2

Los astrónomos no pueden ni pueden medir distancias. Las distancias se deducen simplemente de lo que realmente se ha medido, como un ángulo, una luminosidad relativa, un período de tiempo, etc. La mayoría de las determinaciones de distancia astronómica dependen en última instancia de la distancia Tierra-Sol (unidad astronómica), lo que, por lo tanto, es de importancia fundamental. (y solo en los tiempos modernos se conoce con buena precisión). Para las estrellas cercanas, el ángulo de paralaje está directamente relacionado con la distancia, pero la distancia inferida no es una distancia medida adecuada: su incertidumbre no se distribuye normalmente (piense en una medición de paralaje negativo).

Los astrónomos saben, por supuesto, cuántos metros tiene un parsec, y saben que usar medidores para distancias galácticas solo es confuso, porque debes asegurarte de obtener el número correcto de 0000 todo el tiempo (o la potencia correcta de diez).

Finalmente, a diferencia de la física de partículas, la astronomía como ciencia es anterior al sistema de medidores, al menos su uso más amplio. Cambiar de un sistema que funciona bien a otra cosa solo por el cumplimiento de SI, pero por el precio de las molestias y la confusión, parece una idea estúpida.


"Las distancias se deducen simplemente de lo que realmente se ha medido ..." ¿No es siempre así? Las observaciones rara vez son directas y, a menudo, debe inferir el valor que le interesa de una forma u otra. Esto no lo convierte en una medida menos válida. Simplemente es incorrecto afirmar que no se pueden medir distancias en astronomía.
Trilarion

2

En mi opinión, la respuesta es la convención (y las personas que prefieren un pequeño número de dígitos).

Realmente no hay más que eso. Cualquier prefijo a una longitud igual de bien es válida siempre y cuando se obtiene el derecho de conversión y la gente en su campo sabe sobre él .

Físicamente no hay diferencia entre 1 my 1,000,000 µm.

Entonces, todas las preguntas del tipo: "¿Por qué se elige este prefijo en lugar de aquel para medir XYZ?" tener la misma respuesta Todo se reduce a lo que es más conveniente y, en última instancia, es bastante subjetivo.


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Es difícil relacionar algo así como un terameter con "longitudes reales", debido a la falta de conocimiento de los objetos físicos para compararlos. Además, porque después de un tiempo, estas unidades se convierten en "muchos más ceros". Entonces sugeriría lo siguiente:

Unidad Marginal Espacial (SMU): 1,000,000 metros, o aproximadamente la distancia de un extremo de Francia al otro. La distancia mínima que deben tener dos naves espaciales entre sí antes de que tengan que coordinar trayectorias o realizar maniobras de atraque. (Dame un poco de suspensión de la incredulidad aquí amigos).

Longitud de la órbita terrestre (LEO): 1,000,000,000,000 metros, la distancia que recorre la Tierra en un año. (La distancia es en realidad aproximadamente un 6% menor que eso, pero el LEO es algo que se puede visualizar).

Kaid: 1,000,000,000,000,000,000 metros. Eso es un poco más que la distancia desde aquí hasta la estrella Alkaid.

Lo anterior se presta fácilmente a la conversación cotidiana, ¡si alguna vez llegamos a un punto en el que hablamos de tales cosas todos los días!


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¿Qué pasa con la notación científica? podemos usar eso en lugar de ceros, ¿no?
A --- B

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No veo cómo esto responde la pregunta. Además, LEO es la abreviatura común de Low Earth Orbit , que es algo muy diferente a la órbita de la Tierra alrededor del Sol.
un CVn

2
"Es difícil relacionar algo como un terameter con" longitudes reales "" ¿En serio? Para mí, un parsec es igualmente difícil de relacionar con una longitud que puedo sentir. Mi opinión simple es que algunas estrellas y galaxias están muy, muy lejos. Y ese 1 terameter está claramente definido y, por lo tanto, debe tener un significado.
Trilarion

1

La respuesta simple es: las unidades más grandes como AU o años luz son más fáciles de recordar para el cerebro humano. Y, debemos evitar poner unidades con muchos ceros detrás de los primeros dígitos, por ejemplo: 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 metros. podríamos usar AU o para distancias aún mayores, años luz. Si fue más corto, bueno, todavía usamos metros pero con un exponente.


1 AU es de aproximadamente 0,15 Tm, si usa el prefijo correcto no tiene ceros excesivos. El tamaño de una molécula de agua es de 0.275 nm, no decimos 0.000000000275 metros.
Arne

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Porque la distancia es irregular . Pero los bytes, los auges y los zumbidos varían sin problemas .

Esos ejemplos del OP donde los prefijos métricos se convirtieron en convencionales (terabytes, megatones, gigahercios) son dominios en los que la experiencia humana se desarrolló de forma continua a través de órdenes de magnitud.

  • No hubo umbrales duros y persistentes en el crecimiento de discos duros, circuitos integrados o cables . Excepto por un poco de rigidez en los poderes de 2, ese progreso fue continuo.

  • Las explosiones crecieron gradualmente a lo largo de la historia. Hubo grandes saltos raros, como las armas atómicas, pero aun así no hay números mágicos. Si cada bomba de fusión tuviera el mismo rendimiento, entonces tal vez eso se hubiera convertido en una unidad científica, pero variaban por todas partes .

  • Hay pocas frecuencias mágicas familiares para los humanos. Las ondas electromagnéticas tienen una isla vívida en el espectro de frecuencia con luz visible . Pero incluso eso se extiende a través de una octava (400-800 TeraHertz) y hay amplios océanos de uniformidad notable a ambos lados.

El conocimiento humano de la distancia, por otro lado, procedió en ataques y arranques. "Estábamos limitados solo por la tierra, el océano y el cielo", dijo Sagan . Esos límites duros en el viaje humano persistieron durante milenios. El paso de un adulto es una isla antigua, estrecha y familiar en el espectro de distancias. La distancia al sol siempre era familiar, y aparentemente grande, mucho antes de que alguien pudiera medirla. Entonces los términos para estos persisten. "Lightyear" ancla una cantidad surrealista en dos tangibles que difícilmente podrían ser más familiares. Y ambos son límites duros, incluso si su combinación no lo es.

El tiempo es otro dominio desigual para los humanos, con surcos profundos en la extensión de un día, un año, una respiración. No se utilizarán prefijos métricos en una sola unidad.