Srednji vek: prva meritev svetlobne hitrosti

2024 Avtor: Seth Attwood | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-16 16:16

Kot se v znanosti pogosto dogaja, je bil njen izračun stranski produkt drugih dejanj, ki so bila veliko bolj praktična. Konec srednjega veka evropske ladje plujejo po oceanih v iskanju novih dežel in trgovskih poti. Na novo odkrite otoke je treba kartirati, za to pa je pomembno, da bolj ali manj natančno vemo, kje se nahajajo. Pri tem so bile opazne težave.

Geografske koordinate sta dve številski vrednosti - zemljepisna širina in dolžina. Z zemljepisno širino je vse relativno preprosto: izmeriti morate višino nad obzorjem neke znane zvezde. Na severni polobli bo to najverjetneje severnica, na južni - ena od zvezd južnega križa. Čez dan lahko zemljepisno širino določi Sonce, vendar je napaka bistveno večja - svetilka je precej velika, zaradi svoje svetlosti ji je težko slediti, meje njenega vidnega diska pa so zabrisane pod vplivom zemeljsko atmosfero. Vendar je to razmeroma enostavna naloga.

Koliko je ura

Zemljepisna dolžina je veliko bolj zapletena. Zemlja se vrti okoli svoje osi in lahko ugotovite, kje smo, če poznate točen čas na tej točki in čas na nekem mestu, katerega zemljepisno dolžino poznamo. V literaturi običajno pišejo "primarni meridian", to je na splošno pravilno, saj govorimo o istem. Če je z lokalnim časom vse precej preprosto, je z ničelnim poldnevnikom veliko bolj zapleteno.

V času velikih geografskih odkritij ni bilo ure, ki bi lahko pokazala točen čas kraja, od koder so bili odpeljani. Takrat je ura, opremljena z minutno kazalko, veljala za visoko natančno tehniko. Prvi kronometri, primerni za določanje dolžine, so se pojavili sredi 18. stoletja, pred tem pa so morali pomorščaki brez njih.

Najstarejša teoretično razvita metoda je bila metoda lunarne razdalje, ki jo je leta 1514 predlagal nemški matematik Johann Werner. Temeljil je na dejstvu, da se Luna precej hitro premika po nočnem nebu in z merjenjem s posebno napravo - prečno palico - njen premik glede na nekatere znane zvezde, lahko nastavite čas. Praktična izvedba Wernerjeve metode se je izkazala za zelo težko in pri navigaciji ni imela opazne vloge.

Leta 1610 je Galileo Galilei odkril štiri največje Jupitrove lune. To je bil pomemben znanstveni dogodek - v okviru zmožnosti takratne opazovalne astronomije je bilo poleg Zemlje najdeno še eno nebesno telo, okoli katerega so se vrteli lastni sateliti. Toda za sodobnike je bilo najpomembnejše, da je bilo gibanje teh satelitov mogoče istočasno in enakovredno opazovati z vseh točk na Zemlji, kjer je v tistem trenutku viden Jupiter.

Galileo Galilei

Že leta 1612 je Galileo predlagal določitev točnega časa in s tem zemljepisne dolžine s premikom Ia, enega od štirih Jupitrovih satelitov. Ima veliko izjemnih lastnosti, za katere Galileo seveda ni vedel, a kar je najpomembneje, je razmeroma enostavno opazovati. Ko je ugotovil, kdaj je vstopil v senco planeta, je bilo mogoče natančno določiti čas. Toda že prvi poskusi sestavljanja tabel mrkov Ia (in drugih Galilejevih satelitov) so pokazali, da se je ta čas premaknil na nerazumljiv način za znanost tiste dobe. Razlogi so ostali nejasni tri četrt stoletja.

Trgovčev sin

Ole Christensen Rømer se je rodil v danski trgovski družini leta 1644. Podatki o njegovi mladosti so fragmentarni - ni rodil, osebna slava pa mu bo prišla veliko kasneje. Znano je, da je diplomiral na univerzi v Kopenhagnu in očitno je bil opazen po svojem intelektu. Leta 1671 se je Roemer preselil v Pariz, postal uslužbenec Cassinija in zelo kmalu bil izvoljen v Akademijo znanosti - takrat je bila ta zbirka učenih ljudi manj elitna kot pozneje.

Ole Roemer

Proti koncu stoletja se je vrnil na Dansko, nadaljeval z delom astronoma in tam umrl leta 1710. A vse to bo prišlo kasneje.

Končno je

In leta 1676 je predlagal nezapletene, za sodobne čase, izračune, ki so ovekovečili njegovo ime. Bistvo zadeve je preprosto. Jupiter je približno petkrat dlje od Sonca kot Zemlja. Naredi en obrat okoli Sonca v približno 12 zemeljskih letih (številke zaokrožujemo zaradi preprostosti). To pomeni, da se bo v pol leta razdalja od Jupitra do Zemlje spremenila za približno tretjino. In to bolj ali manj ustreza opaženi razliki v časih mrkov Galilejevih satelitov.

Io danes

Zdaj je zelo enostavno razumeti logiko tega sklepanja, toda v 17. stoletju je bilo običajno misliti, da je hitrost svetlobe neskončna. Toda Roemer je predlagal, da to ni tako. Po njegovih izračunih je bila svetlobna hitrost približno 220 tisoč kilometrov na sekundo, kar je za četrtino nižje od danes ugotovljene vrednosti. Toda za 17. stoletje vsaj ni bilo slabo.

Potem se izkaže, da vse ni tako preprosto in po dveh stoletjih bo Laplace upošteval gravitacijski vpliv satelitov drug na drugega, a to je povsem druga zgodba.

Roemerjeva ideja ni igrala pomembne vloge pri geografskih odkritjih. Opazovanje Jupitrovih lun skozi teleskop, nameščen na krovu ladje, je bilo zaradi kotaljenja skoraj nemogoče. In sredi 18. stoletja so bili razviti prvi kronometri, primerni za določanje dolžine.