Как спутники Юпитера позволили определить скорость света

Как спутники Юпитера позволили определить скорость света

Однако тот факт, что скорость света конечна, был очевиден далеко не всегда. Она настолько огромна, что мы почти никогда не сталкиваемся с ситуацией, когда можем увидеть перемещение фотонов из одного места в другое. Споры о том, есть ли у неё предел, велись с самых древних времён - как минимум среди древнегреческих философов и ученых. Вопрос оставался открытым в течение тысячелетий, и лишь в 17-ом веке один астроном дал на него ответ - с помощью спутников Юпитера.

Аристотель и Галилей

Достоверно известно, что этой проблемой живо интересовался Аристотель. Он знал, что звук иногда доходит до человеческого уха с задержкой, однако предполагал, что у света таких проблем возникать не должно, хотя некоторые коллеги возражали ему ещё при его жизни. Через много столетий чисто философские до того момента рассуждения попытались проверить опытным путём, то есть на практике.

Галилео Галилей
Галилео Галилей

В начале 17 века Галилео Галилей и его помощник вооружились фонарями с блокировавшими свет задвижками, и отошли друг от друга на приличное расстояние. Первым убирал заслонку великий учёный, а его безвестный ассистент должен был сделать то же самое, как только увидит огонёк фонаря своего наставника. Так они пытались замерить время, необходимое свету для преодоления расстояния туда и обратно. Они повторяли свой эксперимент на разных дистанциях, однако получить убедительных результатов, как понятно, не смогли. Галилей в конечном итоге записал, что если свет движется не мгновенно, то он «необычайно быстр» и превосходит скорость звука не менее чем в 10 раз.

Оле Рёмер

Первый человек, которому удалось обнаружить предел у скорости света, на самом деле искал вовсе не его. Этого датского астронома звали Оле Рёмер. В 70-х годах 17 века ему было поручено создать карту, ориентируясь на которую моряки определяли бы географическую долготу. Широту давным-давно научились узнавать по звёздам, здесь же требовалось знать точное время, а часы в ту историческую эпоху надёжностью не отличались. Поэтому Рёмер попытался найти некий ориентир, с которым могли бы сверяться мореплаватели. Надо сказать, что за несколько десятилетий до этого всё тот же Галилей предложил использовать в этом качестве четыре открытых им спутника Юпитера. Период их обращения вокруг своей планеты составляет несколько дней - по мнению незабвенного итальянца, земляне могли бы узнавать точное время, отслеживая эти проходы.

Оле Рёмер
Оле Рёмер

Эта последовательность мини-затмений действительно должна напоминать медленное тиканье невероятно точных часов, и Рёмер ухватился за эту идею. Он начал создавать таблицу точного времени прохода спутников по диску Юпитера, ориентируясь по часам Парижской обсерватории. Взяв за основу это расписание, моряки могли бы подводить свои корабельные часы. Первым делом датчанин начал следить за Ио, так как этот спутник движется быстрее остальных, совершая один оборот менее чем за двое суток. И уже во время этой работы он заметил нечто очень странное. В течение нескольких месяцев Ио сначала отставал от прогнозируемого графика, затем догонял его, и, наконец, начинал опережать. Всё это повторялось снова и снова. Это не лезло ни в какие рамки, ведь небесные тела не могут вот так запросто ускоряться и замедляться.

А затем ему внезапно всё стало понятно. Если у скорости света есть предел, то ему потребуется больше времени, чтобы добраться до Земли, когда Юпитер дальше от нас, и меньше, когда он ближе. Осознав наличие этого барьера, Рёмер попытался нащупать его количественное значение. Он знал, что Земля и Юпитер могут отдаляться и сближаться только на диаметр земной орбиты. В течение полугода он методично фиксировал ту разницу, с которой до нас долетает свет от самой крупной планеты Солнечной системы, и в конечном итоге определил максимальное её значение - 22 минуты.

Христиан Гюйгенс
Христиан Гюйгенс

Относительно точно вычислить скорость света удалось современнику Рёмера, голландскому астроному Христиану Гюйгенсу. Взяв значения, полученные датчанином, он подставил их в физическое уравнение, которое постулирует, что скорость равна расстоянию, поделённому на время. Получилось 211000 километров в секунду. Сегодня каждый прилежный старшеклассник знает, что скорость света равна примерно 300000 км/с, то есть расчеты Гюйгенса был немного ошибочными. Здесь сыграло свою роль то, что он оперировал неверным значением диаметра земной орбиты. Кроме того, Рёмер промахнулся на несколько минут с вычислением максимального времени путешествия фотонов от Юпитера к Земле. Но это всё равно очень неплохое достижение для астронома 17 века, у которого и в мыслях не было определять скорость света.

Что насчёт основной цели исследований Рёмера? Выяснилось, что с палубы плывущего корабля искать Ио не очень удобно. В дальнейшем люди изобрели более точные механические часы, с помощью которых долгота стала вычисляться достаточно корректно. Но наука тем и хороша, что даже неудачное исследование может позволить наткнуться на что-то гораздо более важное и значимое.

Вас также может заинтересовать

Оставить комментарий

Другие записи из раздела Космос