Średniowiecze: pierwszy pomiar prędkości światła

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Jak to często bywa w nauce, jego obliczenia były produktem ubocznym innych działań, które miały znacznie bardziej praktyczny sens. Pod koniec średniowiecza europejskie statki pływają po oceanach w poszukiwaniu nowych lądów i szlaków handlowych. Nowo odkryte wyspy muszą zostać zmapowane, a do tego ważne jest, aby wiedzieć mniej więcej dokładnie, gdzie się znajdują. Były z tym zauważalne problemy.

Współrzędne geograficzne to dwie wartości liczbowe - szerokość i długość geograficzna. Z szerokością geograficzną wszystko jest stosunkowo proste: musisz zmierzyć wysokość nad horyzontem jakiejś znanej gwiazdy. Na półkuli północnej najprawdopodobniej będzie to Gwiazda Polarna, na południu jedna z gwiazd Krzyża Południa. W ciągu dnia szerokość geograficzną może określić Słońce, ale błąd jest znacznie większy - oprawa jest dość duża, trudno za nią podążać ze względu na jej jasność, a granice jej widocznego dysku rozmywają się pod wpływem atmosfera ziemska. Jest to jednak stosunkowo proste zadanie.

Która jest teraz godzina

Długość geograficzna jest znacznie bardziej skomplikowana. Ziemia obraca się wokół własnej osi i możesz dowiedzieć się, gdzie jesteśmy, znając dokładny czas w tym punkcie i czas w jakimś miejscu, którego długość geograficzną znamy. W literaturze zwykle piszą „południk zerowy”, jest to na ogół poprawne, ponieważ mówimy o tym samym. Jeśli z czasem lokalnym wszystko jest dość proste, to z południkiem zerowym jest to znacznie bardziej skomplikowane.

W dobie wielkich odkryć geograficznych nie było zegarka, który byłby w stanie wskazać dokładny czas miejsca, z którego zostały wywiezione. W tamtych czasach mechanizm zegarkowy wyposażony w wskazówkę minutową był uważany za technikę o wysokiej precyzji. Pierwsze chronometry odpowiednie do określania długości geograficznej pojawiły się w połowie XVIII wieku, a wcześniej marynarze musieli się bez nich obejść.

Najstarszą opracowaną teoretycznie metodą była metoda odległości księżycowej, zaproponowana przez niemieckiego matematyka Johanna Wernera w 1514 roku. Polegała ona na tym, że Księżyc porusza się dość szybko po nocnym niebie i mierząc za pomocą specjalnego urządzenia - poprzecznego pręta - jego przemieszczenie względem niektórych znanych gwiazd, można ustawić czas. Praktyczne wdrożenie metody Wernera okazało się bardzo trudne i nie odegrało zauważalnej roli w nawigacji.

W 1610 Galileo Galilei odkrył cztery największe księżyce Jowisza. Było to ważne wydarzenie naukowe - w ramach możliwości ówczesnej astronomii obserwacyjnej, oprócz Ziemi odkryto jeszcze jedno ciało niebieskie, wokół którego krążyły jego własne satelity. Ale najważniejszą rzeczą dla współczesnych było to, że ruch tych satelitów mógł być jednocześnie i równo obserwowany ze wszystkich punktów na Ziemi, gdzie Jowisz jest widoczny w danym momencie.

Galileo Galilei

Już w 1612 roku Galileusz zaproponował określenie dokładnego czasu, a tym samym długości geograficznej, poprzez ruch Io, jednego z czterech satelitów Jowisza. Ma wiele niezwykłych cech, o których Galileo oczywiście nie wiedział, ale co najważniejsze, jest stosunkowo łatwy do zaobserwowania. Dowiedziawszy się, kiedy wszedł w cień planety, można było dokładnie ustalić czas. Jednak już pierwsze próby zestawienia tabel zaćmień Io (i innych satelitów galilejskich) ujawniły, że czas ten został przesunięty w sposób niezrozumiały dla nauki tamtej epoki. Przyczyny pozostawały niejasne przez trzy ćwierć wieku.

syn kupca

Ole Christensen Rømer urodził się w duńskiej rodzinie kupieckiej w 1644 roku. Informacje o jego młodości są fragmentaryczne - nie urodził, a osobista sława przyjdzie do niego znacznie później. Wiadomo, że ukończył Uniwersytet w Kopenhadze i najwyraźniej był zauważalny dla swojego intelektu. W 1671 Roemer przeniósł się do Paryża, został pracownikiem Cassini i bardzo szybko został wybrany do Akademii Nauk - wtedy ta kolekcja uczonych była mniej elitarna niż później.

Ole Roemer

Pod koniec wieku wrócił do Danii, nadal był praktykującym astronomem i zmarł tam w 1710 roku. Ale to wszystko przyjdzie później.

To jest skończone

A w 1676 roku zaproponował nieskomplikowane, jak na współczesne czasy, obliczenia, które uwieczniły jego imię. Sedno sprawy jest proste. Jowisz jest około pięć razy dalej od Słońca niż Ziemia. Dokonuje jednego obrotu wokół Słońca w ciągu około 12 lat ziemskich (dla uproszczenia zaokrąglamy liczby). Oznacza to, że za pół roku odległość od Jowisza do Ziemi zmieni się o około jedną trzecią. A to mniej więcej odpowiada obserwowanej różnicy w czasach zaćmienia satelitów Galileusza.

Io dzisiaj

Teraz bardzo łatwo jest nam zrozumieć logikę tego rozumowania, ale w XVII wieku zwyczajowo uważano, że prędkość światła jest nieskończona. Ale Roemer zasugerował, że tak nie jest. Według jego obliczeń prędkość światła wynosiła około 220 tysięcy kilometrów na sekundę, czyli o jedną czwartą mniej niż dziś ustalana wartość. Ale jak na XVII wiek przynajmniej nie było źle.

Potem okazuje się, że wszystko nie jest takie proste i po dwóch wiekach Laplace weźmie pod uwagę grawitacyjny wpływ satelitów na siebie, ale to już zupełnie inna historia.

Pomysł Roemera nie odegrał znaczącej roli w odkryciach geograficznych. Obserwacja księżyców Jowisza przez teleskop zainstalowany na pokładzie statku była z powodu kołysania prawie niemożliwa. A w połowie XVIII wieku opracowano pierwsze chronometry, odpowiednie do określania długości geograficznej.