Astronomie

Durées historiques des jours sur Terre

Durées historiques des jours sur Terre

J'ai récemment lu quelque chose à propos d'un tremblement de terre majeur au Japon ayant peut-être raccourci le jour de la Terre en raison d'une augmentation de la rotation. Voici un exemple :

https://www.nasa.gov/topics/earth/features/japanquake/earth20110314.html

Quand j'ai lu un peu plus sur la durée du jour de la Terre, j'ai appris que la durée du jour de la Terre aurait été plus courte dans le passé et s'allongerait avec le temps. Voici un exemple de ce site :

Quelle était la durée du jour solaire il y a 73 millions d'années ?

Comme certains le savent peut-être grâce à un cours d'introduction à la psychologie, les humains ont tendance à s'installer dans une journée de plus de 24 heures lorsqu'ils sont placés dans un environnement sans temps extérieur ni signaux lumineux. Pour la plupart des gens, leur système circadien est capable d'ajuster leur journée au jour terrestre de 24 heures. Certaines personnes aveugles perdent cette capacité, comme le montrent les publicités sur les médicaments pour les aider à acquérir un rythme de 24 heures. Voici quelques informations à ce sujet :

https://en.wikipedia.org/wiki/Non-24-hour_sleep%E2%80%93wake_disorder

Au risque de poser une question "d'opinion" inacceptable, dans quelle mesure les preuves des durées historiques des jours terrestres sont-elles convaincantes ? La preuve est-elle à un point où des jours terrestres plus courts dans le passé sont une certitude acceptée ? Ou les choses sont-elles encore au point d'être une meilleure estimation sans vraiment le savoir ? Il semblerait assez étrange que notre système nerveux ait évolué avec une préférence pour les jours de plus de 24 heures. C'est certainement possible, mais j'apprécierais quelques commentaires ici avant de passer du temps à réfléchir aux raisons pour lesquelles l'évolution aurait pu fonctionner de cette façon. Je ne suis qu'un amateur, il n'y aurait donc pas besoin d'aller trop loin pour moi en particulier. Merci d'avance.

Edit: Les réponses et commentaires actuels sont intéressants et appréciés, mais pour clarifier, l'objectif visé est l'étendue et la qualité des preuves astronomiques qui pourraient être utilisées dans une discussion (ailleurs) sur les problèmes circadiens.


D'un point de vue physique, il n'y a pas de mécanisme évident qui pourrait fournir des augmentations significatives et cohérentes de la vitesse de rotation de la Terre.

La gravitation de la Lune semble être le principal moteur des changements de la rotation de la Terre. Et comme il tourne plus lentement que la rotation de la Terre, il a tendance à tirer de l'énergie de la rotation, allongeant ainsi le jour. Cela est tout à fait cohérent avec les preuves qui indiquent que les années anciennes sur terre ont plus de jours (et donc plus courts) que ce n'est le cas à l'époque moderne. Ceci est également cohérent avec le retrait progressif observé de la lune loin de la terre.

Il est également possible de mesurer directement la durée d'un jour et de constater que les jours sur terre sont nettement plus longs qu'ils ne l'étaient en 1900. Encore une fois, cela correspond à un ralentissement de la rotation.

Les implications de ceci pour l'évolution des cycles de sommeil seraient en effet meilleures dans un autre endroit (peut-être Biologie SE). Mais je dirais que c'est un processus très lent.

Rappelez-vous que c'est quelque chose qui augmente la longueur de la moyenne journée. Mais il existe de nombreuses autres variations entre les jours d'une année. Un organisme peut par exemple se synchroniser à quelque chose comme le lever du soleil. Mais au printemps, les levers de soleil surviennent plus d'une minute plus tôt que 24 heures d'intervalle chaque jour, et en automne, ils surviennent plus d'une minute plus tard que la moyenne chaque jour.

Pendant ce temps, il y a probablement plus d'un million d'années, le jour moyen était plus court d'une minute complète. Ainsi, l'augmentation de la durée du jour au fil du temps se produit certainement, mais à un rythme presque sans rapport avec la biologie.


Nos horloges biologiques sont anciennes. Une théorie sur la période > 24 heures est que les horloges ont évolué dans la mer, où la période de marée peut être plus importante que la durée du jour solaire.

Les marées sont principalement causées par la Lune, et à l'ère moderne, la Lune se lève environ 50 minutes plus tard chaque jour, plus ou moins 20 minutes, en raison de l'excentricité, de l'inclinaison et de la complexité générale de l'orbite lunaire. Les changements de marée réels à un endroit donné sont assez complexes, mais cette période lunaire donne une première approximation raisonnable. C'est donc en fait une bonne stratégie d'avoir une horloge avec une période de 24h 50m mais qui peut facilement être ajustée pour être synchronisée avec l'entrée sensorielle.

Cette période lunaire de 24 h 50 aurait été différente il y a des centaines de millions d'années, lorsque nos ancêtres étaient dans la mer. Mais je ne sais pas à quel point c'est différent, car bien que la durée du jour solaire soit plus courte, la période orbitale lunaire l'était aussi, et donc le mouvement quotidien de la Lune par rapport au Soleil était plus grand.


Il peut être observé. Les constantes astronomiques à 2000AD_500AD _1604AD sont données ci-dessous. L'Àryabhatíya d'Àryabhata, la plus ancienne constante astronomique précise ?

Voici quelques tables. Cette table est de Jacobs.

Tableau 1. Comparaison de l'Àryabhatiya d'Àryabhata et des valeurs astronomiques. (les temps d'orbite ralentissent très légèrement) Constantes d'astronomie AD2000 _ AD 500 _ 1604 av.

Rotations par orbite solaire 366.25636031_ 366.2563589_ 366.25635656

Jours par orbite solaire 365.25636031_ 365.2563589_ 365.25635656

Jours par orbite lunaire 27.32166120_ 27.3216638_ 27.32166801

Rotations par orbite lunaire 27.39646289_ 27.39646514_ 27.39646936

Voir le nombre de décimales. Cela continue ainsi jusqu'au Rg veda. L'Inde avait une passion pour l'astronomie et était très bonne dans ce domaine !

D'autres liens. Amartya Kumar Dutta - Aryabhata et rotation axiale de la Terre

Les orbites se dégradent très légèrement sur des échelles de temps de 1000 ans !

https://www.ias.ac.in/article/fulltext/reso/011/03/0002-0003

https://www.ias.ac.in/article/fulltext/reso/011/03/0051-0068

http://www.jqjacobs.net/astro/aryabhata.html


Les enquêtes géophysiques systémiques sur les variations passées de la LOD (durée du jour) de la terre datent au moins des années 1960 (Wells, JW 1963. Coral growth and geochronometric. Nature. 197:948-950.) Indicateurs de croissance - lignes ou couches persistantes déposées à des intervalles allant de cycles de marée de 6 heures à annuels - chez les mollusques, les coraux et autres invertébrés, à la fois modernes et fossilisés, nous donnent un enregistrement objectif des principaux aspects du système Terre-Lune, y compris le LOD. La géologie offre d'autres techniques corroborantes qui suggèrent une décélération monotone mais légèrement variable de la rotation de la Terre, et donc un allongement du jour, d'environ 20 minutes pour 100 millions d'années.

Compte tenu des changements relativement lents de la LOD, le PO peut raisonnablement se demander pourquoi les mammifères n'adhèrent pas plus étroitement à un cycle quotidien de 24 heures ou légèrement plus long. Les seules bonnes réponses à la variabilité des rythmes circadiens chez les mammifères sont empiriques.


L'histoire du Jour de la Terre

Chaque année, le 22 avril, le Jour de la Terre marque l'anniversaire de la naissance du mouvement environnemental moderne en 1970.

Revenons sur le dernier demi-siècle de mobilisation pour l'action :

ORIGINES DU JOUR DE LA TERRE

Le Jour de la Terre 1970 a donné la parole à une nouvelle prise de conscience publique de l'état de notre planète —

Dans les décennies qui ont précédé le premier Jour de la Terre, les Américains consommaient de grandes quantités de gaz au plomb dans des automobiles massives et inefficaces. L'industrie crachait de la fumée et de la boue sans craindre les conséquences de la loi ou de la mauvaise presse. La pollution de l'air était communément acceptée comme l'odeur de la prospérité. Jusqu'à ce point, l'Amérique dominante est restée largement inconsciente des préoccupations environnementales et de la façon dont un environnement pollué menace la santé humaine.

Cependant, le décor était planté pour le changement avec la publication du best-seller du New York Times de Rachel Carson. Printemps silencieux en 1962. Le livre a représenté un tournant décisif, vendu à plus de 500 000 exemplaires dans 24 pays, car il a sensibilisé et préoccupé le public pour les organismes vivants, l'environnement et les liens inextricables entre la pollution et la santé publique.

Le Jour de la Terre 1970 viendrait donner une voix à cette conscience environnementale émergente et mettre les préoccupations environnementales en première page.

JOUR DE LA TERRE POUR UN NOUVEAU MILLÉNAIRE

À l'approche du millénaire, Hayes a accepté de diriger une autre campagne, cette fois axée sur le réchauffement climatique et la promotion de l'énergie propre. Avec 5 000 groupes environnementaux dans un nombre record de 184 pays touchant des centaines de millions de personnes, le Jour de la Terre 2000 a suscité des conversations mondiales et locales, tirant parti de la puissance d'Internet pour organiser des militants dans le monde entier, tout en présentant également une chaîne de tambours qui a voyagé de village en village au Gabon, en Afrique. Des centaines de milliers de personnes se sont également rassemblées sur le National Mall à Washington, DC pour un rassemblement du premier amendement.

30 ans plus tard, le Jour de la Terre 2000 a envoyé aux dirigeants mondiaux un message fort et clair : les citoyens du monde entier voulaient une action rapide et décisive sur le réchauffement climatique et l'énergie propre.

JOUR DE LA TERRE 2010

Comme en 1970, le Jour de la Terre 2010 est arrivé à un moment de grand défi pour la communauté environnementale de combattre le cynisme des négationnistes du changement climatique, des lobbyistes pétroliers bien financés, des politiciens réticents, un public désintéressé et une communauté environnementale divisée avec le pouvoir collectif de militantisme environnemental mondial. Face à ces défis, le Jour de la Terre a prévalu et EARTHDAY.ORG a rétabli le Jour de la Terre comme un moment majeur pour l'action mondiale pour l'environnement.

Au fil des décennies, EARTHDAY.ORG a attiré des centaines de millions de personnes dans le mouvement environnemental, créant des opportunités d'engagement civique et de volontariat dans 193 pays. Le Jour de la Terre engage plus d'un milliard de personnes chaque année et est devenu un tremplin majeur sur la voie de l'engagement autour de la protection de la planète.

JOUR DE LA TERRE AUJOURD'HUI

Aujourd'hui, le Jour de la Terre est largement reconnu comme la plus grande célébration laïque au monde, marqué par plus d'un milliard de personnes chaque année comme une journée d'action pour changer le comportement humain et créer des changements politiques mondiaux, nationaux et locaux.

Aujourd'hui, la lutte pour un environnement propre se poursuit avec une urgence croissante, alors que les ravages du changement climatique deviennent de plus en plus apparents chaque jour.

À mesure que la prise de conscience de notre crise climatique grandit, la mobilisation de la société civile augmente également, qui atteint aujourd'hui son paroxysme à travers le monde. Désabusés par le faible niveau d'ambition suite à l'adoption de l'Accord de Paris en 2015 et frustrés par la léthargie environnementale internationale, les citoyens du monde se lèvent pour exiger une action bien plus importante pour notre planète et ses habitants.

Les environnements sociaux et culturels que nous avons vus en 1970 renaissent aujourd'hui - une nouvelle génération de jeunes frustrés refuse de se contenter de platitudes, descendant dans la rue par millions pour exiger une nouvelle voie à suivre. Les médias numériques et sociaux amènent ces conversations, manifestations, grèves et mobilisations à un public mondial, unissant des citoyens concernés comme jamais auparavant et catalysant des générations à s'unir pour relever le plus grand défi auquel l'humanité a été confrontée.

En puisant dans certains des apprentissages, des résultats et de l'héritage du premier Jour de la Terre, EARTHDAY.ORG construit un mouvement cohérent, coordonné et diversifié, qui va au cœur même de ce que sont EARTHDAY.ORG et le Jour de la Terre - responsabiliser les individus avec les informations, les outils, les messages et les communautés nécessaires pour avoir un impact et conduire le changement.

Nous vous invitons à faire partie du Jour de la Terre et à aider à écrire de nombreux autres chapitres - luttes et victoires - dans le livre du Jour de la Terre.


Durées historiques des jours sur Terre - Astronomie

Quelle est la durée du jour à l'équateur ? J'ai récemment dit à un ami avec une grande certitude qu'à l'équateur le soleil se levait et se couchait exactement à 12 heures d'intervalle à environ 6 heures et 18 heures. (selon le fuseau horaire) tous les jours de l'année. Maintenant, je n'en suis plus si sûr.

Vous avez raison. Il est toujours exactement 12 heures. Il y a plusieurs façons de vous convaincre que c'est le cas, mais je pense que la plus simple est cet argument de symétrie :

Dans l'hémisphère nord, la durée du jour est plus longue pendant les mois où le pôle Nord est incliné vers le Soleil et plus courte pendant les mois où il est incliné à l'opposé du Soleil. L'inverse est vrai pour l'hémisphère sud. L'équateur est exactement à mi-chemin entre les pôles. Cela n'aurait donc aucun sens qu'une journée sur l'équateur soit plus longue lorsque l'un des pôles est incliné vers le Soleil, et plus courte lorsque l'autre l'est.

Cette page a été mise à jour le 27 juin 2015.

A propos de l'auteur

Christophe Springob

Chris étudie la structure à grande échelle de l'univers en utilisant les vitesses particulières des galaxies. Il a obtenu son doctorat à Cornell en 2005 et est maintenant professeur adjoint de recherche à l'Université d'Australie occidentale.


Combien de temps dure une journée ?

« jour » ne peut-il pas simplement signifier une période de temps ? Darius et Karin Viet s'expliquent.

Je voulais commenter un article ou une partie d'un livre que j'ai lu. Concrètement, ce

Si les jours de la création sont vraiment des âges géologiques de millions d'années, alors le message de l'Évangile est sapé à sa fondation parce qu'il met la mort, la maladie, les épines et la souffrance avant la Chute. L'effort pour définir les jours comme des âges géologiques résulte d'une approche erronée de l'Écriture réinterprétant la Parole de Dieu sur la base des théories faillibles des pécheurs.

C'est faux. Vraiment faux. C'est peut-être la pire chose que j'aie jamais lu concernant la Bible. Je ne sais pas quelle bible cette personne a lu, ni comment elle l'a lue, mais elle l'a mal fait. Pour commencer, la Chute s'est produite des éons avant la création de la terre. Deuxièmement, qui a fait de ce gars la fin de tout comment interpréter la bible ? Troisièmement (c'est très important), lorsque la Bible a été écrite à l'origine, il n'y avait pas le mot jour dedans. Quiconque a prêté attention au séminaire sait que le mot grec original signifiait « période de temps », qui pouvait être une nanoseconde ou un milliard d'années. Ceux d'entre nous qui choisissent de définir la "période de temps" comme un milliard d'années sembleraient en fait plus corrects, car si la Bible dit que la Terre a été faite en six "périodes de temps", et que la science nous dit que la Terre a été créée en 6 milliards années, alors on pourrait conclure qu'à cause de l'infinité de Dieu, un milliard d'années lui semblerait comme un jour pour nous.

J'espère que les créateurs de ce site réalisent que c'est Dieu qui a créé la science, et ignorer complètement ce que Dieu a créé est un affront à Lui et à tout ce qu'Il a jamais fait pour nous.

Merci d'avoir contacté AiG. Nous aimerions répondre à vos préoccupations dans cette réponse.

Premièrement, pourquoi n'y a-t-il pas de courrier électronique général pour les commentaires sur le site Web ou les articles ?

Vous pouvez faire des commentaires dans la section « Demandes et commentaires » du site Web.

A ce titre, je voulais commenter un article ou une partie d'un livre que j'ai lu. Plus précisément, ceci « Si les jours de la création sont vraiment des âges géologiques de millions d'années, alors le message de l'Évangile est sapé à sa fondation parce qu'il met la mort, la maladie, les épines et la souffrance avant la Chute. L'effort pour définir les jours comme des âges géologiques résulte d'une approche erronée de l'Écriture réinterprétant la Parole de Dieu sur la base des théories faillibles des pécheurs.

L'article auquel vous faites référence est « Dieu aurait-il pu vraiment tout créer en six jours ? », un chapitre de Les Nouvelles Réponses Livre 1. Dans ce chapitre, Ken Ham montre comment la lecture directe du récit de la création, l'application de l'herméneutique appropriée pour interpréter le récit historique et l'examen des autres passages de l'Écriture sur ce sujet conduiront à conclure que le mot pour « jour » dans le la création du compte est une journée de 24 heures.

C'est faux. Vraiment faux. C'est probablement la pire chose que j'aie jamais lu concernant la Bible. Je ne sais pas quelle bible cette personne a lu, ni comment elle l'a lue, mais elle l'a mal fait. Pour commencer, la Chute s'est produite des éons avant la création de la terre.

Comment savez-vous que « la Chute s'est produite des éons avant la création de la terre » ? Nos croyances sont basées sur l'un des deux points de départ. Nous commençons soit par la Parole infaillible de Dieu, soit par les opinions faillibles de l'homme. Selon la Parole infaillible de Dieu, la Chute s'est produite sur terre lorsqu'Adam et Eve ont mangé de l'arbre de la connaissance du bien et du mal. Alors la Chute s'est évidemment produite après la création de la terre.

Deuxièmement, qui a fait de ce gars la fin de tout comment interpréter la bible ?

Ken Ham n'est certainement pas la fin de tout savoir comment interpréter la Bible. La Bible elle-même établit la norme pour son interprétation. Nous vous invitons à considérer les parties 1 et 2 de cet article sur les principes d'interprétation de la Bible. La partie 2 montre spécifiquement comment Genèse 1-11 doit être interprétée comme un récit historique, selon les principes suivants : observer attentivement le texte, le contexte est la clé, la clarté des Écritures, comparer les Écritures avec les Écritures, la classification du texte et le point de vue historique de l'Église .

Troisièmement (c'est très important), lorsque la Bible a été écrite à l'origine, il n'y avait pas le mot jour dedans. Quiconque a prêté attention au séminaire sait que le mot grec original signifiait « période de temps », qui pouvait être une nanoseconde ou un milliard d'années.

Respectueusement, le mot original est un mot hébreu, pas grec, puisque l'Ancien Testament a été écrit principalement en hébreu (avec quelques sections en araméen). Le Nouveau Testament a été écrit en grec. Alors que le mot hébreu pour « jour » peut se référer à une période de temps indéterminée ou à la partie de jour de la journée, le contexte nous donne la bonne interprétation. Le Dr Terry Mortenson a dit : " Partout ailleurs dans l'Ancien Testament, quand le mot hébreu pour " jour " ( יוֹם , yom) apparaît avec « soirée » ou « matin » ou est modifié par un nombre (par exemple, « sixième jour » ou « cinq jours »), cela signifie toujours une journée de 24 heures. »1

Vous avez raison de dire que de nombreux séminaires chrétiens ne s'en tiennent pas à une interprétation littérale de la Genèse. C'est parce qu'ils ont fait des compromis avec les idées du monde au lieu de rester fermes sur la Parole de Dieu, comme le montre le livre Déjà compromis.

Ceux d'entre nous qui choisissent de définir la "période de temps" comme un milliard d'années sembleraient en fait plus corrects, car si la Bible dit que la Terre a été faite en six "périodes de temps", et que la science nous dit que la Terre a été créée en 6 milliards années, alors on pourrait conclure qu'à cause de l'infinité de Dieu, un milliard d'années lui semblerait comme un jour pour nous.

Premièrement, prétendre que « la science nous dit » est une erreur logique de la réification. Nous interprétons les preuves des événements passés en fonction de nos visions du monde. Deuxièmement, vous faites peut-être référence à 2 Pierre 3:8, qui dit : « Avec le Seigneur, un jour est comme mille ans, et mille ans comme un seul jour. » Ken Ham a adressé ce verset, montrant comment il n'a rien à voir avec le récit de la création et utilise le mot « comme » parce qu'il fait une comparaison, pas une déclaration littérale qu'un jour équivaut à mille ans. Ce verset ne fait pas référence au récit de la création mais montre plutôt comment Dieu n'est pas limité par le temps, donc même si le retour de Christ est retardé, l'intervalle de temps depuis son ascension n'est rien pour Dieu.

J'espère que les créateurs de ce site réalisent que c'est Dieu qui a créé la science, et ignorer complètement ce que Dieu a créé est un affront à Lui et à tout ce qu'Il a jamais fait pour nous.

Vous avez raison de dire que Dieu est l'Auteur des lois scientifiques. Cependant, il est aussi l'auteur de la Bible, sa révélation spéciale, dans laquelle il nous dit qu'il a créé la terre en six jours ( Genèse 1 Exode 20:11 ). Jésus lui-même a affirmé une terre jeune. Nous devrions faire confiance à la Parole complète et infaillible de Dieu au lieu des opinions faillibles de l'homme. Cela ne veut pas dire que les chrétiens sont anti-science. Au contraire, lors de l'interprétation des preuves scientifiques, le point de départ d'un chrétien devrait être la Parole de Celui qui a tout créé.

La position biblique des six jours est essentielle pour maintenir l'intégrité de l'Écriture et conduit à une compréhension claire de l'Évangile : le péché d'Adam et Ève a amené la mort, mais Dieu a envoyé son Fils sacrifier sa vie pour les pécheurs qui se tournent avec foi vers le Seigneur Jésus.


L'astronome polonais Copernic est né

Le 19 février 1473, Nicolas Copernic naît à Torun, une ville du centre-nord de la Pologne sur la Vistule. Le père de l'astronomie moderne, il a été le premier scientifique européen moderne à proposer que la Terre et d'autres planètes tournent autour du soleil.

Copernic est né dans une famille de marchands aisés, et après la mort de son père&# x2019, son oncle&# x2013bientôt un évêque&# x2013a pris le garçon sous son aile. Il a reçu la meilleure éducation de l'époque et élevé pour une carrière en droit canon (église). À l'Université de Cracovie, il a étudié les arts libéraux, notamment l'astronomie et l'astrologie, puis, comme de nombreux Polonais de sa classe sociale, a été envoyé en Italie pour étudier la médecine et le droit.

Pendant ses études à l'Université de Bologne, il a vécu pendant un certain temps dans la maison de Domenico Maria de Novara, le principal astronome de l'université. L'astronomie et l'astrologie étaient à l'époque étroitement liées et également considérées, et Novare avait la responsabilité d'émettre des pronostics astrologiques pour Bologne. Copernic l'a parfois aidé dans ses observations, et Novara l'a exposé à la critique à la fois de l'astrologie et des aspects du système ptolémaïque, qui plaçait la Terre au centre de l'univers.

Copernic a ensuite étudié à l'Université de Padoue et en 1503 a obtenu un doctorat en droit canon de l'Université de Ferrare. Il retourna en Pologne, où il devint administrateur d'église et médecin. Dans son temps libre, il se consacrait à des activités savantes, qui comprenaient parfois des travaux astronomiques. En 1514, sa réputation d'astronome était telle qu'il fut consulté par les chefs religieux qui tentaient de réformer le calendrier julien.

La cosmologie de l'Europe du début du XVIe siècle soutenait que la Terre était stationnaire et immobile au centre de plusieurs sphères concentriques en rotation qui portaient les corps célestes : le soleil, la lune, les planètes connues et les étoiles. Depuis les temps anciens, les philosophes adhéraient à la croyance que les cieux étaient disposés en cercles (qui par définition sont parfaitement ronds), provoquant la confusion parmi les astronomes qui ont enregistré le mouvement souvent excentrique des planètes, qui semblaient parfois s'arrêter dans leur orbite terrestre et se déplacer rétrograde dans le ciel.

Au deuxième siècle de notre ère, le géographe et astronome alexandrin Ptolémée a cherché à résoudre ce problème en faisant valoir que le soleil, les planètes et la lune se déplacent en petits cercles autour de cercles beaucoup plus grands qui tournent autour de la Terre. Ces petits cercles qu'il appelait épicycles, et en incorporant de nombreux épicycles tournant à des vitesses variables, il fit correspondre son système céleste avec la plupart des observations astronomiques enregistrées.

Le système ptolémaïque est resté la cosmologie acceptée en Europe pendant plus de 1 000 ans, mais le jour de Copernic&# x2019, les preuves astronomiques accumulées avaient jeté certaines de ses théories dans la confusion. Les astronomes n'étaient pas d'accord sur l'ordre des planètes depuis la Terre, et c'est ce problème que Copernic aborda au début du XVIe siècle.

Entre 1508 et 1514, il écrivit un court traité d'astronomie communément appelé le Commentaire, ou « Little Commentary », qui a jeté les bases de son système héliocentrique (centrée sur le soleil). L'ouvrage n'a pas été publié de son vivant. Dans le traité, il a correctement postulé l'ordre des planètes connues, y compris la Terre, à partir du soleil, et a estimé leurs périodes orbitales de manière relativement précise.

Pour Copernic, sa théorie héliocentrique n'était en aucun cas un tournant, car elle créait autant de problèmes qu'elle en résolvait. Par exemple, on a toujours supposé que les objets lourds tombaient au sol parce que la Terre était le centre de l'univers. Pourquoi le feraient-ils dans un système centré sur le soleil ? Il a conservé l'ancienne croyance selon laquelle les cercles gouvernaient les cieux, mais son témoignage a montré que même dans un univers centré sur le soleil, les planètes et les étoiles ne tournaient pas autour du soleil sur des orbites circulaires. En raison de ces problèmes et d'autres, Copernic a retardé la publication de son principal ouvrage astronomique, De revolutionibus orbium coelestium libri vi, ou “Six livres concernant les révolutions des orbes célestes,” presque toute sa vie. Achevé vers 1530, il n'a pas été publié avant 1543&# x2013 l'année de sa mort.

Dans le travail, Copernic&# x2019 argument révolutionnaire selon lequel la Terre et les planètes tournent autour du soleil l'a amené à faire un certain nombre d'autres découvertes astronomiques majeures. Tout en tournant autour du soleil, la Terre, a-t-il soutenu, tourne quotidiennement sur son axe. La Terre met un an pour orbiter autour du soleil et pendant ce temps oscille progressivement sur son axe, ce qui explique la précession des équinoxes. Les principaux défauts de son travail incluent son concept du soleil comme centre de l'univers entier, pas seulement du système solaire, et son incapacité à saisir la réalité des orbites elliptiques, ce qui l'a obligé à incorporer de nombreux épicycles dans son système, comme Ptolémée l'a fait. . Sans concept de gravité, la Terre et les planètes tournaient toujours autour du soleil sur des sphères transparentes géantes.

Dans son dévouement à De revolutionibus—un travail scientifique extrêmement dense, Copernic a noté que les mathématiques sont écrites pour les mathématiciens. Si le travail était plus accessible, beaucoup se seraient opposés à son concept non-biblique et donc hérétique de l'univers. Depuis des décennies, De revolutionibus est resté inconnu de tous sauf des astronomes les plus sophistiqués, et la plupart de ces hommes, tout en admirant certains des arguments de Copernic&# x2019, ont rejeté sa base héliocentrique. Ce n'est qu'au début du XVIIe siècle que Galilée et Johannes Kepler développèrent et popularisèrent la théorie copernicienne, qui aboutit pour Galilée à un procès et à une condamnation pour hérésie. À la suite des travaux d'Isaac Newton&# x2019 en mécanique céleste à la fin du XVIIe siècle, l'acceptation de la théorie copernicienne s'est rapidement répandue dans les pays non catholiques, et à la fin du XVIIIe siècle, elle était presque universellement acceptée.


Une brève histoire de la radioastronomie

Pour commencer, un très bref historique de la radioastronomie serait utile. La radioastronomie est née au début des années 1930 lorsque Karl Jansky, travaillant pour les laboratoires Bell, essayait de déterminer l'origine d'une source de bruit qui apparaissait dans les récepteurs fonctionnant dans la région des 20 MHz du spectre radio.

Jansky a construit une antenne orientable et a commencé à rechercher la source du bruit en prenant des mesures directionnelles. À sa grande surprise, il a découvert que ce bruit provenait de sources extraterrestres. Jansky, enthousiasmé par sa découverte, a publié son travail, mais la majorité des astronomes de l'époque ont été décidément déçus par cette découverte et l'ont pour la plupart rejetée comme non pertinente ou simplement curieuse. Il y avait quelques individus inventifs qui ont vu le potentiel de ce bruit de l'espace.

L'un d'eux, Grote Reber, ingénieur en électronique et induit radio passionné, avait passé en revue la découverte originale de Jansky et spéculé que les signaux étaient d'origine thermique (causés par des objets très chauds), et en tant que tels, ils devraient être plus faciles à détecter à des fréquences plus élevées. Étant donné que le travail original de Jansky a été effectué à 20 MHz (environ 15 mètres de longueur d'onde) et une largeur de faisceau d'environ 25 degrés, Reber a voulu réduire la largeur de faisceau efficace pour obtenir des détails plus fins. Reber a estimé qu'il devrait construire son premier récepteur et antenne pour fonctionner à 3000 MHz (longueur d'onde de 10 cm), une fréquence extraordinaire à l'époque. Avec ses propres ressources et son enthousiasme, Reber a construit le premier radiotélescope à réflecteur parabolique. Comme il s'agissait d'une activité « parascolaire » privée, Reber n'a reçu aucun parrainage ou soutien. En plus d'être la première du genre, c'était aussi une énorme structure. Fondamentalement construit par un seul individu, il mesurait 9,5 mètres (31 pieds ou 3 étages) de diamètre.

Le terme « radiotélescope » n'avait pas été inventé à l'époque, mais Reber obtient le mérite d'avoir construit le premier. Bien qu'il n'ait pas prouvé son hypothèse originale, son travail a continué à détailler la première carte radio du plan galactique et de grandes parties du ciel. Reber a publié son ouvrage "Cosmic Static" à la fin des années 1930.

C'est la recherche de statique ou de bruit qui a conduit au développement du radiotélescope, et c'est essentiellement le bruit de l'univers que le radiotélescope détecte. Enfouies dans cette confusion bouillonnante, se trouvent des informations spécifiques aux objets et phénomènes astronomiques. Ce bruit témoigne des caractéristiques physiques de l'univers. Les informations sont présentées sous la forme d'un mélange de propriétés de signal telles que la fréquence, la phase, l'amplitude et, dans certains cas, des motifs répétitifs. Des informations qui peuvent être mathématiquement assemblées en « images radio » de ces objets cosmiques sont également présentes. Certains signaux proviennent de sources finement définies qui peuvent être, en gros, considérées comme des sources ponctuelles (quasars et pulsars par exemple).

D'autres sources couvrent de vastes zones et peuvent être considérées comme des objets à grand champ. Ce sont des nuages ​​de poussière et de gaz, des « pépinières » d'étoiles, des galaxies et une pléthore d'autres goodies intéressants. Pour obtenir des informations de ces sources, le radiotélescope doit recevoir non seulement des informations spécifiques mais aussi tous les « bruits » de ces objets et de leur environnement puis rejeter ce qui n'est pas souhaité et enregistrer les résultats.

Les signaux radiofréquence d'origine extraterrestre sont extrêmement faibles. Par exemple, si toute l'énergie du signal jamais reçue de tous les radiotélescopes jamais construits (observant des objets autres que le soleil) était combinée, il n'y aurait pas assez d'énergie totale pour faire fondre un seul flocon de neige.

Le radiotélescope doit d'abord concentrer les signaux recueillis sur une large zone et les focaliser sur une petite zone. C'est le même principe sur lequel fonctionne le télescope optique réfléchissant. Le terme « radio-optique » fait référence à cette similitude. Puisque le terme «lumière» signifie en réalité un rayonnement électromagnétique, les mêmes équations, théories et principes de base sont applicables à la lumière radio, infrarouge ou visible. La grande différence est que les télescopes optiques fonctionnent à des fréquences extrêmement élevées et à des longueurs d'onde microscopiques, tandis que leurs cousins ​​les radiotélescopes fonctionnent à des fréquences plus basses et à des longueurs d'onde plus longues.

La résolution, qui peut également être exprimée en largeur de faisceau, est fonction de la longueur d'onde du signal et du diamètre du réflecteur. Aux fréquences optiques (lumière bleu-vert 600 000 GHz ou une longueur d'onde de 0,0005 mm), un miroir "parfait" de 1 mètre de diamètre aura une largeur de faisceau d'environ 0,00003 degrés. Le même miroir fonctionnant aux fréquences radio (30 GHz par exemple avec une longueur d'onde de 1 cm) aura une largeur de faisceau d'environ 6 degrés. Comme on peut le voir, la largeur du faisceau du radiotélescope est environ 200 000 fois plus large, ce qui donne des observations à plus faible résolution. Au début, la solution consistait à construire des réflecteurs de plus en plus gros, donnant des largeurs de faisceau plus étroites et des résolutions plus élevées.

À la fin des années 1950, des réflecteurs de 100 mètres (300 pieds) de diamètre étaient en cours de construction. À des diamètres supérieurs à cela, un réflecteur orientable devient beaucoup trop lourd et encombrant pour être utilisé efficacement. Le gros problème est que la surface se déforme et se déforme en raison de la gravité et donc l'efficacité du réflecteur est compromise. The one advantage of large reflectors is that with their very large gathering surface area they offer significant signal strength the down side of this is that they are very expensive to operate, maintain, and build.

Even with the large areas, one still must remember that the beam width is still wide compared to optical instruments. A 100 metre diameter radio telescope, operating at 10 cm wavelength, still only has the individual resolving ability of an optical mirror of about 5 mm (less than 1/4 inch). Even with such seemingly myopic resolution, the sheer size of these instruments allows for detection of weak sources billions of light-years away. In a later article I will discuss interferometry, a technique by which multiple radio telescopes can be combined to give the effective resolution of a single telescope many miles across. This process changes the apparently fuzzy world of the radio telescope to one of crystal clarity. Modern radio telescope arrays such as the VLA in New Mexico and the Caltech OVRO millimetre array have resolving abilities far beyond even the Hubble telescope.

The temperature of the radio telescope, its reflector, and its receiver are all sources of noise with which the observer must contend. Since everything with a temperature above absolute zero gives off electromagnetic noise in one form or another, and the fact that what a radio telescope 'sees' is essentially electromagnetic noise, the radio telescope needs to be highly selective and reject as much superfluous noise as possible.

One method of counteracting noise is to cool the receiving electronics to a temperature just a few degrees above absolute zero. This eliminates thermally generated noise in the electronics. Once this noise has been removed, the amplified signal of interest is then selectively amplified again, converted to more manageable frequency bands, divided into a series of adjacent channels and finally processed to detect the relative power or energy of the source along with frequency and phase detection.

Because a radio telescope is so sensitive, other methods of reducing noise are used. One is to reduce reflected and thermal noise from the ground. This is why many radio telescopes have a Cassegrain configuration (a secondary mirror reflects the signals back through a hole in the centre of the main reflector). Since the receiving electronics input focus points to the sky, picking up thermal and reflected noise from the ground is avoided.

The final method is to reduce the contributed noise from terrestrial sources. This translated means move the telescope away from the high density cities to some remote location where the local denizens, i.e. rabbits, moss, and life forms found under rocks, do not pollute the radio spectrum. This also usually means placing the telescope in a valley surrounded by mountains so that the terrain blocks a great deal of unwanted radio noise. Add to this the help of the local authorities to declare the surrounding area of the telescope as a 'radio free' zone and you have a reasonably quiet observing site. Finally when all this is combined, the effective noise temperature of an entire radio telescope system can be reduced to only a few tens of degrees above absolute zero, (quite an improvement when considered that typical room temperature is about 300 Kelvin).

A signal arriving from a celestial source has now been gathered by a large reflector, concentrated into a small area and fed to a low noise electronic receiver that is isolated from strong external sources, quiet in its own operation and highly selective. The next part of the process is to store the information for subsequent processing. Since many of the radio source signals are so weak, it is often necessary for a telescope to stay fixed on a target for extended lengths of time to insure sufficient information has been gathered. The result of these long 'exposure times' (to borrow a phrase from photography), results in huge amounts of data. In the early days of radio astronomy, information was recorded on paper, which chart recorders spewed out by the mile, and consequently the astronomer had to inspect visually, by the mile. This was an arduous process and sometimes required months to extract the information.

In the 1960s magnetic tape was substituted for paper and computers were given the task of correlating the information. Today with inexpensive desktop computers, flash analogue to digital converters, and billion operation per second digital signal processing chips, much of the information obtained can be processed in real time. It is the results of the computations on the raw signal data that carries the ultimate useful information. With faster and faster real time processing, the storage of information has shifted from saving the raw incoming signals to saving the derivatives and ultimately to saving only the specific information. This not only reduces the total storage required (raw signals require magnitudes more storage) but allows for faster retrieval of pertinent information since the data has been prefiltered and formatted.

Last, but not least, is the interpretation of the data into a meaningful format. Despite our ability to interpret numbers and form abstract conclusions, we human beings are visually oriented. The information from a radio telescope can indeed be turned into a picture that is easy to understand. However, along with this visual presentation comes volumes of additional information that, when analysed, reveals the secret workings of much of the universe. This information is often intangible to our senses. Properties such as phase, coherence, polarisation and subtle frequency variations cannot be discerned from a simple picture. Additional signal processing and receiving techniques must be used to reveal these characteristics. Often, the presentation of these other qualities will be in a visual or pictorial format, but the colours and intensities will demonstrate properties not normally visible. These 'false colour' images present to the mind visualisations of concepts and properties heretofore unobservable.

The radio telescope, while not as basically easy to use as a simple optical instrument, actually reveals much more information to the observer. With its ability to cover a much wider portion of the electromagnetic spectrum, the radio telescope shows much more of the inner workings of the universe. The intrinsic composition of interstellar clouds, the birth of stars, and the properties of stars whose lives have passed, are all observable with the radio telescope where these mysteries are masked to the optical instruments. Now with the combination of highly accurate optical and radio imaging, the cosmos is beginning to become comprehensible.

Jim Fredsti is a Research Engineer at
Owens Valley Radio Observatory,
California Institute of Technology,
Big Pine, California, USA.

This article is the second in a series on Radio Astronomy, bookmark this page as the following articles will be uploaded shortly. To return to the first article: first radio astronomy article.


Transit of Venus and the Distance to the Sun

Fig: 1: Earth (blue), Venus (grey) and the Sun (orange), not drawn to scale. If Venus’s orbit (black dashed circle sitting inside grey rectangle) were aligned perfectly with Earth’s orbit (blue dashed circle sitting inside light blue rectangle), then every time Venus passed between Earth and the Sun there would be a transit — Venus would appear from Earth to move across the face of the Sun.

Much has been written and is still being written about the 2012 transit across the Sun by Venus. You can read in many places (here’s a good one) about how rare this transit is, and why it is so rare: naively Venus, which circles the sun more rapidly than does the Earth, should pass between the Earth and the Sun once every orbit (Figure 1), but because the orbits of the two planets are not well aligned (Figure 2) Venus often appears to pass above or below the Sun from the Earth’s perspective.

Rather than rehash what so many have written about, I wanted to add a few little details that aren’t so easy to find on the internet.

You may have read that with a technique based on earlier reasoning from 1678 – 1716 by astronomer Edmund Halley (of Halley’s Comet fame) and James Gregory before him, the transit of Venus in 1761 was used to determine the distance from the Earth to the Sun (and to Venus and all the other planets) with to a precision of about 2 percent, by far the highest precision yet obtained. (It had been hoped the measurement would be about ten times more precise, but an unexpected optical effect, called the “black drop effect”, whose cause still generates controversy, interfered.) But you may not have read that this measurement was based — as are so many measurements of distance in astronomy, out to the relatively nearby stars — on the principle of parallax, the same geometrical fact used by our eyes and brains to produce depth perception, our ability to tell how far away objects are just by looking at them.

Fig. 2: Earth (blue), Venus (grey) and the Sun (orange), not drawn to scale. Venus orbit (black circle within grey rectangle) is tilted relative to Earth’s orbit (blue circle within light blue rectangle.) The degree of tilt is exaggerated here. Since Earth and Venus orbit the sun at different rates, they may pass each other anywhere along their orbits. Top: Most of the time, when they pass each other, Venus lies below or above (green line) the line between the Earth and the Sun (red line) and no transit occurs. Bottom: Only on the rare occasions that the line connecting the Earth and the Sun is also the line where the two orbital planes intersect does Venus lie on or near the same line, leading to a transit.

Without parallax, it isn’t hard to figure out how far Venus is relative to the Sun — that is, to determine the ratio of the radius of Venus’s orbit LV to the radius of Earth’s orbit LE. That’s why it was widely understood quite early in Renaissance astronomy what the relative distances were from the planets to the Earth and to the Sun. But to determine LV and LE separately requires a parallax measurement, and a transit of Venus can provide a good one. The transits of Venus in the 1760s provided a rather precise measurement of LE – LV , the “absolute” distance from Earth to Venus and that allowed LE and LV and the distances to all the other planets to become known, to a precision of a couple of percent. (There was an earlier measurement of the distance from Earth to Mars that was precise to about ten percent, made in the late 1600s this too was based on parallax, but that’s another story.)

One preliminary point: The Earth and Venus, and even the Sun, are so small compared to the distances between them that drawing pictures that are really accurate is basically impossible. When making pictures that illustrate what is going on, it is always necessary to make the planets look bigger than they are, relative to the distances between them, just so you can understand the important conceptual points being made. Do keep this in mind! None of my pictures below are to scale — they can’t be.

The Relative Size of Venus’ Orbit Compared to Earth’s Orbit

Fig. 3: The orbits of Earth (blue) and Venus (grey) around the Sun, approximating the orbits of Earth and Venus as circular and aligned. The Earth orbits the Sun, of course, but at any moment we may choose to draw the Earth as off to the left of the Sun. At that moment Venus may be anywhere in its orbit. Over time, the angle between the Sun and Venus, grows and shrinks, with a maximum that is the angle between the violet and orange lines. Notice this angle is necessarily less than 90 degrees, because Venus’s orbit has a smaller radius than Earth’s.

To understand the basic reason why it is easy to determine LV/LE , we’re going to assume, for the purposes of making an estimate and seeing the basic principles involved, that the orbits of Earth and Venus around the sun are circular and that they are aligned — that they lie in the same plane (shown in slanted perspective in Figure 1, and from directly “above” in Figure 3). In fact the orbits of Earth and Venus are slightly elliptical and they are not perfectly aligned (Figure 2), and as noted earlier this explains why transits of Venus are rare. But the ellipticity and non-alignment are minor points for the following argument, so we can ignore them initially, and put them back in later to get more accurate answers (which I would do, carefully, if I were teaching a class for future experts, but won’t do here as it doesn’t add much conceptual understanding.)

What we’re doing here is a physicist’s classic technique make an approximation that is sufficient for current purposes, and don’t work harder than necessary. It’s a very powerful way of thinking about science, and about knowledge in general — any question you ask only needs to be answered to a certain degree of precision, so use the simplest technique that gets you the answer to that level of precision. This method’s been used for centuries, to great effect, and it applies far beyond physics.

So we’ll make the approximation that the orbits are circular and aligned, and the answers we’ll get will be approximately correct, to a few percent. That will be enough to illustrate the basic conceptual principles involved, which is my current goal. You can trust me that it’s possible to make a much more accurate and precise calculation, or you can become an expert and figure it out for yourself. But the approximation used here will not only give a pretty good answer but will be enough to show you why it is easy to figure out the ratio of LV to LE, but ne pas to figure out LE ou LV separately.

During the year, as Earth and Venus orbit the Sun at different rates, the relative positions of Earth and Venus change relative to the Sun. If, on a particular date (day, month and year), I choose to draw a picture with the Sun at the center and the Earth off to the left, as in Figure 2, then Venus may be anywhere in its orbit, depending on the date. And that means, relative to Earth’s point of view, the angle between Venus and the Sun in the sky will vary, depending on the date. This is shown in Figure 3, where the angle is called γ. The angle is easily measured find Venus is in the sky just after sunset or just before sunrise, and measure the angle between Venus and the Sun see Figure 4.

Fig. 4: An easy way to measure the angles shown in Figure 3 is to look at Venus just after sunset (or before sunrise) when one can see on the sky how far Venus lies from the Sun. The position of Venus will change at each successive sunset, first growing to a large angle, then falling back toward the sun.

What you can see from Figure 3 is that γ has a maximum size, shown by the angle between the orange line and the violet line. As it travels in its orbit, Venus will appear in a different location at each sunset for a while, night after night, it will be in a higher location above the horizon, and then eventually begin to fall back toward the horizon. By watching Venus night after night, just after sunset, and measuring γ night after night, we can determine the maximum value of γ, which I’ll call γmax.

It’s obvious from Figure 3 that (as drawn in Figure 4) γmax is less than 90 degrees, because the violet line must lie between the orange and red lines, which are perpendicular. You can see geometrically that this is a consequence of the fact that Venus is always closer to the Sun than is the Earth. These angles explain why Venus is always visible either just after sunset or just before sunrise (except for the few days when it lies in front of or behind the Sun.) Venus can never be directly overhead after dark, for this would require it to lie to the left of the red line, which it can never do.

Fig. 5: When Venus reaches its maximum angle from the Sun from Earth’s perspective, the two planets and the Sun form a right-angle triangle, from which the ratio of Venus’s orbital radius to that of Earth can be easily determined. However, neither the radius of Earth’s orbit nor that of Venus may be separately determined by this method. (This remains true even in the more realistic case where the orbits are slightly non-circular and slightly tilted relative to one another.)

Now — we can determine the ratio of the radii of the two orbits — of LV to LE — using γmax. It’s simple geometry, Figure 5. The point is that when Venus is at its maximum angle from the Sun, the line from the Sun to Venus is perpendicular to the line from the Earth to Venus, and so the lines joining the three objects form a right-angle triangle. From this we obtain, using standard trigonometry, that

And from this (and other simple geometric arguments) we get the ratios of all the distances to the other planets.

Again, this isn’t exactement right, for the reasons mentioned at the start the planetary orbits are ellipses, and the ellipses don’t lie in the same plane. In other words, LE and LV aren’t exactly constant over the year, and γmax is actually something more complicated that has to be thought about in three dimensions, as in Figure 2, not two dimensions as in Figures 1, 3 and 5. But with precise measurements over many years of the positions of Venus and the Sun in the sky, it is possible to determine the precise orbits of Venus and the Earth around the Sun, and improve the argument. The main point is the same all of the measurements of the location of Venus and the Sun in the sky allow only a measurement of the relative sizes of the orbits of Venus and Earth. But the overall size — the actual values of LE and LV — cannot be determined. A different method is needed.

The Transit of Venus, Parallax, and the Distance to the Sun

If you aren’t familiar with parallax already, or just want a review, you can read my article on parallax.

The reason that a transit of Venus allows for a measurement of the absolute size of the Earth’s orbit and Venus’s orbit is that the transit of Venus can be observed with precision at different locations on the Earth, giving two different high-precision perspectives on the apparent location of Venus relative to the Sun, taken from positions that are separated by a known distance. This parallax measurement (a bit of a tricky one) in turn allows the absolute distance from Earth to Venus to be determined from the parallax angle and the distance between the two observing points on Earth, just as the different views of an object from our left and right eyes allows our brains to provide us with depth perception — a sense for how far away the object is.

Fig. 6: From a large Observing planet (blue), a perfectly aligned transit of a smaller Transiting planet (grey) across a star (orange). Top: seen from the “side”, the apparent location in the sky of the Transiting planet on the surface of the star for an observer on the equator of the Observing planet lies on the equator of the star but for an observer at the south pole of the Observing planet, the Transiting planet appears to be north of the star’s equator by an angle alpha. If the radius R of the large planet is known, this determines D, the distance between the two planets, by simple trigonometry. Bottom: the transits as seen by the observers at the equator (red) and the south pole (violet)

To illustrate the point, let me draw how this would work with large planets so you can see in a figure what’s going on. In Figure 6 I show a planet where a transit is to be Observed (later to be the Earth), and a planet that’s Transiting (later to be Venus), in front of a star. And I’m going to imagine the simplified situation (just to make the geometry more obvious and the basic point easier to visualize at first) where the planets and the star are perfectly aligned (which will not be the case for this year’s transit) so that from the point of view of someone on the equator of the observing planet, the transiting planet will appear to move along the equator of the star. This is shown from the “side” at the top of Figure 6 note the red line from the equator of the observing planet to the star, passing through the equator of the transiting planet.

With this perfect alignment, an observer on the equator of the outer planet will see the inner planet traverse the equator of the star. This is shown as the red curve in the lower part of Figure 6. But an observer at the south pole of the outer planet will see the inner planet traverse the star on a path (violet line) that lies north of the star’s equator. (The reverse would be true at the north pole.) If the angle α on the sky between the paths taken by the transiting planet, as seen from the equator and the pole of the observing planet, is measured, and the radius R of the observing planet is known, then we can draw a right-angle triangle that connects the transiting planet, the center of the observing planet, and the pole of the observing planet, whose small angle is α. Simple trigonometry then tells us that the two planets are a distance D apart during the transit, where

Fig. 7: As in Figure 6, but drawn somewhat more realistically for the case of Earth, Venus and the Sun, emphasizing the tremendous distances, tiny planets, and minuscule angles involved. Again this is shown in the unrealistic case where the orbits of Venus and Earth (and Earth’s axis of rotation) are perfectly aligned.

Now the same applies for the Earth, Venus and the Sun, except that the Earth and Venus are so small, and the distances between them and the Sun so vast, that it turns out that the angle α would be only about 1/20th of a degree! (That’s quite tiny but also quite measurable, but to measure the distance to the Sun precisely, as 18th century astronomers hoped to do, would require a very precise measurement of this tiny angle, which is not so easy.) That’s far too small an angle for me to draw, so you have to trust me that what actually is happening is just a very extreme version of what I drew in Figure 6, with the planets and the star (the Sun, of course) much smaller than I drew them, relative to the distances. Even what is shown in Figure 7 still makes the planets look far larger than they are. But the idea is the same: the distance DEV between the Earth and Venus during the transit can be determined be measuring the parallax angle α, (bottom of Figure 7 note the sun’s angular diameter is about 1/2 of a degree).

Now there are all sorts of unanswered questions here.

  • I’ve told you how to measure DEV, the distance from the Earth to Venus during the transit. But wasn’t the goal to measure LE and LV, the distance from Earth to the Sun and from Venus to the Sun?
  • Nobody went to the Earth’s south pole to watch Venus transit the sun in 1761 or 1769.
  • I assumed the Earth, Venus and the Sun were perfectly aligned, so that a point on the equator of the Earth would see Venus moving across the equator of the Sun. But that certainly isn’t the case, and isn’t even that close to being the case during a typical transit (and it won’t be in 2012, in particular).
  • The angle α is small enough that it is hard to measure precisely — especially since, in the days before photography and instantaneous communication, and lacking a clear indication of where is the Sun’s north pole, ensuring a precise comparison of two measurements of Venus’s path made at two very different locations on the earth would have been very challenging indeed. Yet the original goal was to measure the angle to better than 1 part in 500 (though this was set back to 1 part in 50 by the “black drop effect” mentioned earlier.)

Ok, so how do we get around these issues?

First, how do we go from a measurement of DEV to a measurement of what we want, LE and LV? That’s easy, because we already know all the ratios — in particular we already know LE/LV (approximately, from Figure 4, or more accurately, if we do our astronomy more carefully) from the maximum angle γmax between the Venus and the Sun as seen from Earth. We also have DEV = LE – LV = LE (1-LV/LE), from Figure 7. So we can get an (approximate) measure of LE by using

where α is the parallax angle measured during the transit and γmax is the maximum possible angle between Venus and the Sun (Figure 5). Doing it more precisely involves more elaborate geometry, but the basic ideas are the same.

Second, even if the alignment between the planets and the Sun were perfect, the two measurements of Venus’s path don’t have to be made at the equator and either pole of the Earth. They can be made at any two latitudes on the Earth. The geometry gets a tiny bit more complicated, but not much, and the principles remain the same. See Figure 8.

Fig. 8: Even when alignment is imperfect, the same basic principles as in Figure 6 apply, just with more complicated trigonometry observed from points at different latitudes of the Observing planet, the Transiting planet follows two different paths across the sun, due to parallax, and from this observation the distance between the two planets can be obtained.

Third, even without perfect alignment, there will still be a small parallax angle that arises when the measurements are made from two different points on the earth, and if that angle can be measured well, it can be turned (through somewhat more complicated equations) into a measurement of D. This point is also illustrated in Figure 8, at bottom.

Now the fourth issue — the challenge, especially historically, of measuring the angular shift α in the path of the Venus’s transit, is one which leads us to an alternative attempt to try to measure timing — either the duration of the transit, or just the time at the start or the end of the transit — rather than angles. The first was apparently proposed by Halley, based on earlier ideas of Gregory, and the latter was suggested as a further refinement by Delisle. (Halley’s method did not require different locations to have synchronized time Delisle’s later method did require it, and thus relied on more advanced clock technology.) It’s much easier to make a precise measurement of duration — even back in the 17th or 18th century — or of the moment of the beginning and end of the eclipse — than to precisely measure the location of Venus relative to the Sun’s disk, especially without photography. You can see that the purple and red paths of Venus crossing the sun are of slightly different lengths, because of the fact that they are not crossing the sun at the same location, and that means that duration of the transit will be different by an amount related to the parallax angle. Unfortunately things are more complicated than they look at first — because the Earth is rotating, and moving around the Sun, which means that a given observer is moving a considerable distance while Venus is transiting the Sun. So it takes some real effort (somewhat complicated and tricky, though very easy with modern computers) to determine the difference in the timing of the start and end of the transit that two different observers on the Earth will detect, depending on the distance to the Sun. Halley, at the turn of the 18th century, already understood all of the geometric principles involved (and if you subtract the dated English phraseology and style from his text, you may be impressed by the modern-sounding sophistication of his statements, and you will see that scientists of three hundred years ago were in many ways much like scientists today, possessed of the same intellect and lacking only scientific technology of the present.)

Fig. 9: What a real transit of Venus may look like as observed from different points on the Earth: misaligned with the Sun’s center and with the Earth’s orbital plane. It is easy to see that the lengths of the red line and the violet line that lie in front of the Sun are different this causes the length of the transit to be slightly shorter or longer for different observers on the Earth, in turn allowing an indirect and more precise measurement of the parallax angle.

All this is to say that parallax — that difference in apparent location that observers at a particular time but at different locations on Earth will ascribe to Venus relative to the Sun — was historically an important method by which the overall size of the solar system was determined. Today there are more powerful methods available, but you can enjoy knowing that what you see in the skies today has great historical significance… or you can simply enjoy the vision of Venus proceeding in its stately motion around our star.


Graphical Analyses of the Lengths of the Seasons

For each chart below you may click on the thumbnail image to view it as a PNG (Portable Network Graphics image) your web browser, or click on the PDF icon to view a higher-quality image of the chart using a PDF reader such as the freely available Adobe Acrobat Reader. All of the images and PDFs are well below 100 KB in size.

All of the following lengths of the seasons charts depict numerical integrations of the season lengths in terms of atomic days, whereas inhabitants of Earth actually experience the seasons as mean solar days. The variation in lengths of the seasons (measured in days), however, is much greater than the changing length of the mean solar day due to tidal forces (measured in milliseconds), so even if the lengths of seasons were replotted in terms of mean solar days there would not be any visually discernible differences.

Nevertheless it is easy to numerically discern the long-term change. The long-term mean season length given here in terms of atomic time is 91 days 7h 27m 12s. At the assumed rate of tidal slowing (mean solar day longer by 1.75 atomic milliseconds per century) the mean solar time season in 100000 BC was about 91 days 7h 29m 55s whereas in 100000 AD the mean solar time season will be about 91 days 7h 24m 35s.

The small wiggles in the plotted lines are not graphic artifacts, but are variations of several minutes from year-to-year caused mainly by gravitational interactions with Moon and to a lesser but non-negligible extent Venus and Jupiter.

At year 2007 AD, Spring = about 92+ 3 /4 days and getting shorter, Summer = about 93+ 2 /3 days and getting longer, Autumn = about 89+ 5 /6 days and getting longer, Winter = slightly less than 89 days and getting shorter, with an average season length in this data set of about 91 days 7h 27m 15s. The significance of the changing season lengths will become obvious in chart #2, next below.

The Northern Hemisphere dominates global weather patterns because it contains most of the land area. With its summer being the longest season and getting longer, while winter is the shortest season and getting shorter, for the next several millennia there will be an unavoidable cumulative trend toward global warming that is being further amplified by greenhouse gases, deforestation, desertification, and heat production by human activities.

In the present era perihelion is about a month ahead of mid-Winter, which it will reach around year 3850, so the length of Winter is approaching an extreme minimum and the length of Summer is approaching an extreme maximum, with correspondingly milder than usual temperatures during both seasons (for the northern hemisphere). The length of Spring will continue its past 2000 year steady decline for about another 4000 years until perihelion approaches the Spring equinox, after which the Vernal Equinoctial Year length will get shorter.

Study this chart carefully, in comparison with the description above of the effect of the perihelion cycle on season lengths, otherwise the longer-term charts below won't make much sense!

In this longer-range view, spanning nearly 3 perihelion cycles, the relationship between Earth orbital eccentricity (lavender curve, secondary y-axis) and the variations of season lengths is evident.

Here we can easily see that the length of the full perihelion cycle, indicated by the intervals between the color-coded vertical gridlines, varies with the mean Earth orbital eccentricity. Perihelion advances at a faster rate as the orbital eccentricity decreases.

Note that when Spring and Autumn are equal at the median, Winter and Summer are at their respective minimum and maximum extremes, but when Winter and Summer are equal at the median, Spring and Autumn are at their respective minimum and maximum extremes, as per chart #2 above.


Why Are Summer Days Long and Winter Days Short?

The Earth's tilt on its axis is what causes the change in the seasons and explains why summer days are longer than winter days. The Earth orbits in an ellipse around the Sun, and because of this, it draws closer to the Sun at some points than at others. It is the direction of the Earth's tilt in its axis that determines the length of days and nights.

An ellipse is an oval shape rather than a circle. In the summertime in the northern hemisphere, the Earth is farther from the Sun because of the ellipse in its orbit, but the angle of the Earth's tilt points the hemisphere towards the Sun, making the days longer. The Sun's angle is also higher during the summer months than the winter months. In the winter, the Earth's orbit draws it closer to the Sun, but the Earth's axis tilts away from the sun, making the days shorter in the northern hemisphere. The summer solstice marks the first day of the summer and the longest day of the year. This is because the North Pole is pointed the closest to the Sun than any other day of the winter. The reverse is true during the winter solstice when the North Pole is tilted the farthest from the Sun.


History of Earth in 24-hour clock

I’m not sure where this is originally from, but I found it on an intro to geology course page. What happens when midnight comes around again?

En rapport

28 Comments

The only thing that bothers me is why this is a 24h clock… . )

So that it can be set to the tune of “Two minutes to midnight” by Iron Maiden.

I mean the clock says it’s a 24 hour clock, but the labels on the outside only go from 0 to 12…

Because it uses 24 hours to get from the origin of the Earth to now. Midnight to noon is 12 hours, and noon to midnight is another twelve. Look closer – the labels go from 0 to 12, then 0 to 12 again.

Good point – it would have been easier to comprehend if it used “Zulu time”, e.g. single celled algae would be at 14:08

Zulu is just GMT. It is a time zone, not a format of time. Not trying to be a dick, just informative. :-)

True a 24 hour clock should be in “World Time” or as we call it in the US “Military Time”

Who knows? We’ll probably never make it past 12:15 AM anyway. And I think I’m being awfully generous in that assessment.

And if they insist on making it a 24hour clock why do the labels show 12 hour notation? They don’t even include an am/pm indicator.

It does say AM on the left side and PM on the right side

Original concept is Carl Sagan’s Cosmic Calendar. But the Tree Of Life (http://evogeneao.com/tree.html) is my favorite take on insignificance of humans in time.

We will find out what happens at midnight come 12.21.2012

Midnight is NOW. So if the earth began 24 hrs ago, we have been here for 1m 17s. At least as of the day the illustration was created

Thank you so much for getting this. The diagram was fascinating, but then I couldn’t believe the author’s mistake when I read “What happens when midnight comes around again?”

Among all the comments that missed it, thank you for being the only one to realize that midnight is the present.

yeah, I thought it was kinda obvious…

These fossils at 5:36am what where they of if the first single cell algae started at 2:08pm? I am guessing bacteria or similar. Took a while to get from bacteria to algae no? Mind blowing stuff.

There’s definitely nitpicking to be had (@NickP points out the 24 hour vs am/pm notation discrepancy), and I would ask why the clock has hands**, but overall I have to say that it packs a lot of useful information into a small space. Certainly I am unable to come up with a better way to represent this information.

**This is a silly point, since without the hands, the entire “clock” metaphor falls apart.

The second day is just like the first day except that kids eat free at Perkins.

Dr. William “Bill” Schopf of UCLA (Earth and Space Sciences) came up with this clock concept as a graduate student in the 60’s. I think he still teaches at UCLA, you should go ask him about it!

compare to the Doomsday Clock of the Bulletin of the Atomic Scientists: http://www.thebulletin.org/content/doomsday-clock/timeline

True that @Joel Goldstick and that is where I have a question. We have been here for 1m and 17s = 77seconds. That is 77seconds of 86400 seconds in 24 hours. This is around 0.089%. If the earth age is 4.5 billion then earliest humans should be around 4 millions years. I looked up and earliest earliest human fossils were found 2.5million years.

If only this info-graphic has told me 24hours = how many years?

The Singularity is at midnight, after that, we go in reverse.

Whoa…I thought God created Earth (oh…and everything else in the time-space continuum) only about 6,000 years ago. The History of Earth Clock seems to imply that Earth has been around a lot longer. This is all so confusing.

Don’t tell me – midnight on this clock is Dec 12, 2012?

I’m sorry but this infographic could have been better server is a different format. I’m really not a fan of this clock. First it’s confusing because it’s a 24 hour clock but the times are given in military time e.g. Sexual Reproduction is at 16:08. Also a clock implies that we’re going to be starting the whole process again. Is that what you’re suggesting? I say a good old-fashioned timeline would be better servered here.

my god are you all thick. its the age of the earth represented as one day. there is no tomorrow in it, 12 midnight is now.


Voir la vidéo: Lhistoire de lêtre humain - la conception (Juillet 2021).