Determinació de Rømer de la velocitat de la llum

Ole Rømer (1644-1710) ya era un estadiste en el seu Dinamarca natal algun temps despuix del seu descobriment de la velocitat de la llum (1676). Provablement el gravat siga pòstum.

La determinació de Rømer de la velocitat de la llum va ser la demostració, en 1676, de que la velocitat de la llum té una velocitat finita i, per tant, no es desplaça instantàneament. El descobriment se sol atribuir a l'astrònom danés (1644-1710), que treballava en l'Observatori Real en París en eixe moment.

En cronometrar els eclipses de la lluna de Júpiter Ío, Rømer va estimar que la llum tardaria uns 22 minuts en recórrer una distància igual al diàmetro de l' òrbita de la Terra al voltant del Sol. Açò donaria a la llum una velocitat d'uns 220 000 quilómetros per segon, aproximadament un 26% menys que el valor real de la 299 792 km/s.

La teoria de Rømer va ser controvertida en el moment en que la va anunciar, i mai va convéncer al director de l'Observatori de París, Giovanni Domenico Cassini, per a que l'acceptara plenament. No obstant, ràpidament va guanyar respal entre uns atres filòsofs naturals de l'época, com Christiaan Huygens i Isaac Newton. Finalment es va confirmar casi dos décades despuix de la mort de Rømer, en l'explicació en 1729 de l'aberració estelar per l'astrònom anglés James Bradley.

Antecedents

La determinació de la posició este-oest (llongitut) era un problema pràctic important en la cartografia i la navegació abans de l'any 1700. En 1598 Felipe III d'Espanya havia oferit un premi per un método per a determinar la llongitut d'un barco fòra de la vista de terra. Galileo va propondre un método per a establir l'hora del dia, i per lo tant la llongitut, basat en els temps dels eclipses de les llunes de Júpiter, en essència utilisant el sistema joviano com a rellonge còsmic; este método no va ser millorat significativament fins que es varen desenrollar rellonges mecànics precisos en el XVIII. Galileo va propondre este método a la corona espanyola (1616-17), pero va resultar poc pràctic, sobretot per la dificultat d'observar els eclipses des d'un barco. No obstant, en millores, el método va poder funcionar en terra.

L'astrònom italià Giovanni Domenico Cassini va ser pioner en l'us dels eclipses de les llunes galileanas per a medir la llongitut, i va publicar taules per a predir quàn serien visibles els eclipses des d'un lloc determinat. Va ser invitat a França per Louis XIV per a crear l'Observatori Real, que es va inaugurar en 1671 en Cassini com a director, càrrec que ocuparia durant el restant de la seua vida.

Un dels primers proyectes de Cassini en el seu nou lloc en París va ser enviar al francés Jean Picard a l'emplaçament de l'antic observatori de Tycho Brahe en Uraniborg, en l'illa de Vine prop de Copenhague. Picard devia observar i cronometrar els eclipses de les llunes de Júpiter des de Uraniborg, mentres Cassini registrava les hores en que es veen en París. Si Picard registrava el final d'un eclipse a les 9 hores 43 minuts 54 segons despuix del migdia en Uraniborg, mentres que Cassini registrava el final del mateix eclipse a les 9 hores 1 minut 44 segons despuix del migdia en París -una diferència de 42 minuts 10 segons- la diferència de llongitut podia calcular-se en 10° 32' 30". Picard va ser ajudat en les seues observacions per un jove danés que havia terminat recentment els seus estudis en l'Universitat de Copenhague. - Ole Rømer - i va deure quedar impressionat per les habilitats del seu ajudant, ya que va dispondre que el jove anara a París per a treballar en l'Observatori Real d'eixa ciutat.

Eclipses de Io

Io és la més interna de les quatre llunes de Júpiter descobertes per Galileo en giner de 1610. Rømer i Cassini es referixen a ella com el "primer satèlit de Júpiter". Orbita a Júpiter una volta cada 42½ hores, i el pla de la seua òrbita està molt prop del pla de l'òrbita de Júpiter al voltant del sol. Açò significa que passa part de cada òrbita a l'ombra de Júpiter - un eclipse.

Vist des de la Terra, un eclipse de Io es veu de dos maneres.

• Io desapareix sobtadament, en entrar en l'ombra de Júpiter. Açò es denomina immersió.
• Io reapareix sobtadament, en eixir de l'ombra de Júpiter. Açò es denomina una emergència.

Des de la Terra, no és possible vore tant l'immersió com l'emergència per al mateix eclipse de Io, perque una o una atra estarà amagada (ocultada) pel propi Júpiter. En el punt d' oposició (punt H en el diagrama següent), tant l'immersió com l'emergència serien ocultades per Júpiter.

Durant uns quatre mesos despuix de l'oposició de Júpiter (de L a K en el diagrama d'avall), és possible vore emergències de Io a partir de les seues eclipses, mentres que durant uns quatre mesos abans de l'oposició (de F a G), és possible vore immersions de Io en l'ombra de Júpiter. Durant uns cinc o sis mesos de l'any, al voltant del punt de conjunció, és impossible observar els eclipses de Io en absolut perque Júpiter està massa prop (en el cel) del sol. Inclús durant els periodos anteriors i posteriors a l'oposició, no tots els eclipses de Io poden observar-se des d'un lloc determinat de la superfície terrestre: alguns eclipses ocorreran durant el dia per a un lloc determinat, mentres que uns atres eclipses ocorreran mentres Júpiter està per baix de l'horisó (amagat per la pròpia Terra).

El fenomen clau que va observar Rømer va ser que el temps transcorregut entre els eclipses no era constant. Pel contrari, variava llaugerament en distintes époques de l'any. Com estava prou segur de que el periodo orbital de Io no canviava realment, va deduir que es tractava d'un efecte d'observació. En dispondre de les trayectòries orbitales de la Terra i de Júpiter, es va donar conte de que els periodos en els que la Terra i Júpiter s'alluntaven l'u de l'un atre corresponien sempre a un major interval entre eclipses. Pel contrari, els moments en els que la Terra i Júpiter s'acostaven sempre anaven acompanyats d'una disminució de l'interval entre eclipses. Açò, segons Rømer, podia explicar-se satisfactòriament si la llum posseïa una velocitat finita, que va passar a calcular.

Vore també

• Llei de llongitut
• Velocitat de la llum
• Satèlit galileano

Bibliografia

• (2008).«Cassini, Rømer and the velocity of light».J. Astron. Hist. Herit..11(2)

97–105.Consultat el 18 de setembre de 2021..

• (1729).«Account of a new discovered Motion of the Fix'd Stars».Philosophical Transactions of the Royal Society of London.35

637–60.doi:10.1098/rstl.1727.0064..

• (1940).«Roemer and the first determination of the velocity of light (1676)».Isis.31(2)

327–79.doi:10.1086/347594.; reprinted in book form by the Burndy Library, 1942.

• «Ole Rømer and the Speed of Light».Optics & Photonics News.20(7)

42–47.doi:10.1364/OPN.20.7.000042..

• (1990).«Physicists look back: studies in the history of physics».CRC Press.

120–23..

• «Mémoires de l'Académie royale dones sciences depuis 1666 jusqu'en 1692».Compagnie dones libraires.Paris:

112–15, 140–41..

• «Œuvres complètes de Christiaan Huygens (1888–1950). Prenga VIII: Correspondance 1676–1684».Martinus Nijhoff.The Hague:

30–31..

• «Œuvres complètes de Christiaan Huygens (1888–1950). Prenga VIII: Correspondence 1676–1684».Martinus Nijhoff.The Hague:

36–37..

• (1690).«Traitée de la Lumière».Pierre van der Aa.Leiden:.
• (1915).«Om Ole Rømers Opdagelse af Lysets Tøveuen».Det Kongelige Danske Videnskabernes Selskabs Skrifter, 7. Række, Naturvidenskabelig og Mathematisk Afdeling.XII.

• (1704).«Opticks».Sam. Smith. and Benj. Walford.London:.
• «Œuvres complètes de Christiaan Huygens (1888–1950). Prenga VIII: Correspondance 1676–1684».Martinus Nijhoff.The Hague:

32–35..

• (2005).«A Discussion of Roemer's Discovery concerning the Speed of Light».AAPPS Bulletin.15(3)

9–17..

• (1998).«Ole Rømer, the speed of light, the apparent period of Io, the Doppler effect, and the dynamics of Earth and Jupiter».Am. J. Phys..66(7)

561–69.doi:10.1119/1.19020..

• (2004).«Ole Rømer - videnskabsmand og samfundstjener».Gads Forlag.Copenhagen:.
• (1985).«de Mora Luminis: A spectacle in two acts with a prologue and an epilogue».Am. J. Phys..53(7)

620–30.doi:10.1119/1.14270..