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

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?

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:

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.

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.

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:

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 .

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-.

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?".

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.

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 )

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

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.

$1$$10$

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.

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.

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.

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!

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.

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.