Jak daleko je Slunce od Země a jak dlouho k nám letí světlo

Slunce je od Země vzdálené přibližně 149,6 milionu kilometrů. Toto známé číslo ale neplatí každý den stejně. Během roku se naše planeta pohybuje zhruba mezi 147,1 a 152,1 milionu kilometrů od Slunce. Světlo vzdálenost jedné astronomické jednotky překoná asi za 8 minut a 19 sekund. Aby tato čísla dávala smysl, je potřeba rozlišit skutečnou vzdálenost, pevně stanovenou jednotku a dobu letu světla.

Jak daleko je Slunce od Země v kilometrech

V učebnicích najdeme průměrnou vzdálenost kolem 150 milionů kilometrů. Je to užitečné základní měřítko sluneční soustavy, nikoli údaj o poloze Země v okamžiku, kdy článek čtete. Pro otázku „jak daleko je Slunce právě dnes“ bychom museli určit datum a čas. V astronomických výpočtech navíc záleží na tom, zda porovnáváme středy těles, nebo konkrétní místo pozorovatele.

Časy v tabulce jsou vlastní výpočty ze vzdálenosti a rychlosti světla ve vakuu. U přísluní a odsluní používáme zaokrouhlené vzdálenosti mezi středy Země a Slunce. Nejde o předpověď přesných okamžiků pro konkrétní rok. Prostřední řádek vyjadřuje pevnou jednotku, nikoli třetí zvláštní bod oběžné dráhy.

Co je astronomická jednotka a kolik má kilometrů

Astronomická jednotka, obvykle značená au nebo AU, je délková jednotka vhodná pro vzdálenosti ve sluneční soustavě. Mezinárodní astronomická unie ji v roce 2012 stanovila na přesně 149 597 870 700 metrů. Po převodu dostaneme 149 597 870,7 kilometru. Pevnou hodnotu používají i planetární efemeridy laboratoře JPL, tedy výpočty poloh těles v čase.

Představte si au jako velmi dlouhé pravítko. Dvě au představují 299 195 741,4 kilometru a půl au 74 798 935,35 kilometru. Pravítko se s pohybem planety neprodlužuje ani nezkracuje. Mění se jen počet jeho dílků, který bychom potřebovali k popsání právě měřené vzdálenosti. Proto není žádný rozpor v tom, že Země může být od Slunce méně než jednu au nebo více než jednu au.

Označení „průměrná vzdálenost Země od Slunce“ pomáhá vysvětlit velikost jednotky. Její současnou přesnou definicí je však pevný počet metrů. Při čtení populárních textů je dobré tyto dvě roviny oddělit. Zaokrouhlených 150 milionů kilometrů se dobře pamatuje, zatímco přesná hodnota au slouží k jednotnému převádění a výpočtům.

Proč se vzdálenost mění: přísluní a odsluní

Země obíhá po mírně eliptické dráze. Slunce neleží ve středu elipsy, ale v jednom z jejích ohnisek. Bod nejbližšího přiblížení se česky nazývá přísluní, odborně perihelium. Nejvzdálenější bod je odsluní neboli afelium. U Země připadá první na začátek ledna a druhý na začátek července. Kalendářní datum zde slouží jako orientace, nejde o pevné pravidlo typu „vždy třetího ledna“.

Rozdíl obou krajních vzdáleností je přibližně pět milionů kilometrů. Zní to obrovsky, ale vůči 149,6 milionu kilometrů jde asi o 3,3 procenta. V modelu, ve kterém by jedna au měřila jeden metr, by se vzdálenost měnila zhruba od 98,3 do 101,7 centimetru. Takové srovnání vystihuje změnu lépe než silně protáhlé elipsy na některých školních obrázcích.

Proměnlivá není jen vzdálenost. Podle druhého Keplerova zákona se planeta u přísluní pohybuje rychleji a u odsluní pomaleji. Oběh tedy nepřipomíná ručičku hodin, jejíž konec opisuje kružnici rovnoměrným tempem. Stejný princip pomáhá popisovat i dráhy dalších planet. Pro základní odpověď o Slunci však není potřeba znát rovnice pohybu, stačí počítat s tím, že jedna hodnota nevystihuje celý rok.

Jak dlouho letí světlo ze Slunce na Zemi

Výpočet je jednoduchý: čas dostaneme vydělením vzdálenosti rychlostí. Ve vakuu se světlo šíří rychlostí 299 792,458 kilometru za sekundu. Pro jednu au tedy počítáme 149 597 870,7 ÷ 299 792,458. Výsledek je přibližně 499 sekund, tedy 8 minut a 19 sekund. Odtud pochází často uváděná odpověď, že sluneční světlo k nám putuje něco přes osm minut.

Stejným postupem vycházejí pro krajní vzdálenosti v tabulce časy přibližně 8 minut 11 sekund a 8 minut 27 sekund. Rozdíl po zaokrouhlení samotných časů vypadá jako 16 sekund, z nezaokrouhlených výsledků je to asi 16,7 sekundy. Pohyb Země tak během roku mění i zpoždění slunečního obrazu. Podrobněji se fyzikálnímu významu této konstanty věnuje náš článek o rychlosti světla.

Ještě jiná otázka zní, jak dlouho se energie dostává z nitra Slunce ven. Energie vzniká v jádře, zatímco viditelným povrchem je fotosféra. Osmiminutový údaj popisuje meziplanetární cestu světla a nelze jej použít jako čas průchodu celým Sluncem. V rozhovoru o vzdálenosti tyto dva různé procesy snadno splynou, proto je užitečné říci, odkud cestu počítáme.

Kolik je vzdálenost Slunce ve světelných letech

Pro jednu au vychází přibližně 0,0000158 světelného roku. Tak malé číslo ukazuje, proč se tato jednotka hodí spíše pro vzdálené hvězdy. Světelný rok není doba, ale vzdálenost, kterou světlo ve vakuu urazí za rok. Zápis tedy neříká, že by Slunce bylo staré zlomek roku. Popisuje stejnou délku jako kilometry, pouze jiným měřítkem.

Převod si můžeme zkontrolovat i bez zapamatování dlouhého čísla v kilometrech. Vydělíme dobu letu přes jednu au, zhruba 499 sekund, počtem sekund v roce o 365,25 dne. Dostaneme přibližně 0,0000158. Pro běžnou představu je ale přehlednější říci asi 8,3 světelné minuty. Kilometry, au i světelné jednotky se navzájem doplňují podle toho, jak velkou vzdálenost chceme popsat.

Proč máme v lednu zimu, když je Slunce nejblíž

Z české zkušenosti by se nabízelo jednoduché vysvětlení: v létě jsme Slunci blíže, a proto je teplo. Jenže největší vzdálenost připadá právě na začátek července. Klíčem k ročním obdobím je sklon zemské osy přibližně 23,4 stupně od kolmice k rovině oběhu. Během roku mění podmínky, za kterých na obě polokoule dopadá sluneční záření.

Když je severní polokoule přikloněná ke Slunci, máme delší dny a Slunce vystupuje výše nad obzor. Povrch dostává záření pod příznivějším úhlem a po delší dobu. V zimě se situace obrací. Na jižní polokouli přitom probíhá opačné roční období, přestože se obě polokoule pohybují kolem stejného Slunce společně. Samotné přibližování a vzdalování Země tedy střídání léta a zimy nevysvětluje.

Jak astronomové zjistili vzdálenost Slunce

Jednou z historických cest byly přechody Venuše před Sluncem. Při vhodném uspořádání se planeta ukáže jako tmavý kotouček putující přes jasný sluneční disk. Pozorovatelé z různých míst Země vidí průchod trochu jinak. Porovnání pozorování a přesného časování umožňovalo pomocí geometrie určit vzdálenosti a převést relativní rozměry sluneční soustavy do pozemských jednotek.

Fotografie z Mezinárodní vesmírné stanice zachycuje takový přechod v červnu 2012. Venuše je výrazný kulatý bod v levé horní části Slunce, zatímco menší nepravidelné tmavé útvary jsou sluneční skvrny. Snímek pořídila posádka Expedice 31 přes sluneční filtr. Sám o sobě nepředstavuje měření vzdálenosti, ukazuje však úkaz, kvůli němuž se dříve organizovala náročná pozorování.

Moderní měření se nemusí spoléhat na čekání na přechod Venuše. Radar dokáže určit vzdálenost planety z doby návratu odraženého signálu. Princip připomíná měření ozvěny, jen místo zvuku používá elektromagnetické záření. Signál cestuje k cíli a zpět, proto se při převodu doby návratu na jednosměrnou vzdálenost počítá s polovinou celé cesty.

Pro vzdálenost v konkrétním okamžiku lze využít například systém JPL Horizons. Ten umožňuje zvolit těleso, pozorovatele či souřadnicový střed a čas. Právě tyto volby rozhodují, co výsledné číslo znamená. Údaj vytažený z výpočtu bez data nebo bez vysvětlení vztažného bodu by v obecném článku budil zbytečný dojem přesnosti.

Co ukazuje barevný snímek Slunce z observatoře SDO

Druhý pohled na přechod Venuše pochází z observatoře Solar Dynamics Observatory. Přístroj AIA zachytil Slunce v ultrafialovém pásmu o vlnové délce 30,4 nanometru. Červené a zlaté odstíny jsou přiřazené zobrazení dat, nikoli barvy, které by na tomto místě spatřilo lidské oko. Tmavý kotouček Venuše je i zde skutečným pozorovaným objektem.

Obě fotografie tak dovolují porovnat stejný astronomický úkaz různými způsoby pozorování. Pestrá struktura druhého snímku neznamená, že se Slunce náhle přiblížilo nebo zvětšilo. Jiný přístroj sleduje jiné záření. Pro srovnávání zdánlivé velikosti Slunce by bylo nutné znát také měřítko a zpracování obou obrazů. Na další přechod Venuše si lidstvo počká do roku 2117.

Časté otázky o vzdálenosti Slunce