Оле Рьомер и спътниците на Юпитер

Или как е била определена за първи път скоростта на светлината

Въведение
Юпитер има четири големи спътника - Ио, Европа, Ганимед и Калисто, видяни от Галилей през 1610 г. Тези спътници обикалят планетата с периоди от по няколко земни денонощия. При всяка обиколка спътникът се скрива зад Юпитер и отново изгрява - от другата страна. Tова сега се наблюдава ясно - снимката в ляво, публикувана от НАСА показва изгрев на Европа. През 1675 година на датския астроном Оле Рьомер му е било доста по-трудно, но все пак е успявал да изследва явлението - за спътника Ио и да измерва периода на обикаляне. Този период всъщност е времето между два изгрева на спътника, равно е на около 1.7 земни денонощия. Рьомер е работил последователно в продължение на години. Може би едно от първите открития е било, че измерваното време между изгревите на Ио не е постоянно, а се променя - нараства и намалява. Рьомер е постигал в това измерване такава точност, каквато е можел. Приблизително по същото време в развитието на часовниците се случват две важни неща: Хюйгенс открива часовникът с махало (1656) с грешка 1-2 минути на ден, а през 1671 г. англичанинът Уилям Клемент изобретява котвения механизъм, който рязко подобрява точността. Часовник с котва е достигал по-малко от секунда отклонение за едно денонощие.
Не зная с подробностти как е работил Рьомер, но можем да си представим от сегашна гледна точка

Процедурата

Да разгледаме два последователни изгрева на Ио. Времето между тях е около 1.7 земни денонощия. За това време Земята, с орбитална скорост 30 км/сек. се приближава към Юпитер с около 4.4 милиарда километра, което съкращава пътя на светлината най-много с около 14 секунди (фигурата вляво).
Ако Земята е в срещуположната точка на орбитата си, тоест шест месеца по-късно, относителната скорост на Земята спрямо Юпитер е в обратна посока и пътят на светлината се удължава със същите 14 секунди, така, че измерваните времена между изгревите на Ио действително би трябвало да нарастват и намаляват.
Земята изминава за едно денонощие около 2.5 милиарда километра, което съответствува на около 9 светлинни секунди. Това означава, че ако часовникът с който измерваме греши с 9 секунди на ден, тази разлика би била равна на грешката в измерването - незабележима.
Оле Рьомер е трябвало да бъде сигурен, че неговият часовник има по-малка грешка и че измерванията му са надеждни (има само две удобни положения за измерване в годината). Затова първото нещо, което той установява е, че скоростта на светлината съществува ( ! ) тоест тя не е безкрайна, както са мислили много негови съвременници. За да направи оценка на тази скорост са били нужни няколко такива измервания и точен часовник. Като прибавим и трудностите по калибриране на времената и неголямата точност на астрономическите данни за орбитата на Юпитер, е сериозно постижение, че след няколко години Оле Рьомер все пак обявява: светлината се движи със скорост 220000 км/сек.

коментари

Радостин Желязков 22.08.2010
________________________________________________________________________________________

учебни статии по физика