Rimon Lusi (fotovivo) wrote,
Rimon Lusi
fotovivo

Categories:

Сегодня - день скорости света

fotovivo

Жил-был Рёмер в семнадцатом веке.
Именно на него ведет гугло-ссылка в израильской версии сегодняшнего "дудла",
а не на более известного в связи с сабжем автора.

fotovivo
"340 лет тому назад была определена скорость света"

[Биографический экскурс в пару строк >>>]Родился Олаф в далекой Ютландии, в семье небогатого местного предпринимателя.
Начальное обучение прошел в местной церковной школе.
А потом в переломном XVII-ом сработали социальные лифты и -
образование он получил в Копенгагенском университете, где сначала изучал медицину, а потом увлекся физикой; работая в парижской обсерватории обучал наследника престола математике; по возвращении на родину возглавил кафедру в столичном университете; основал обсерваторию; решил много важных прикладных задач в разных областях. Пользовался и снискал, завершил карьеру в должности члена госсовета.


Это было время, когда еще не изобрели GPS точный хронометр -
в обиходе пользовались маятниковыми часами, не переносящими корабельной качки.
Да и в сухопутные экспедиции ходики с гирями предпочитали не брать.
А определиться с координатами в путешествии жизненно важно. Далеко ли до ближайшего колодца.
Не отнесло ли течением к рифам и отмелям.
Ориентироваться по широте, наблюдая за Полярной звездой, люди умели с незапамятных времен.

Но что на небе может подсказать долготу?
Долгота - это разница во времени с нулевым меридианом. Там уже полночь, а у нас еще солнце не село. Или наоборот, утро занялось. Значит мы западнее/восточнее. Только как узнать, что там сейчас, за тридевять земель, в отсутствии ватсапа и фейсбука?

Те же звезды на небе, те же фазы луны - поскольку все мы пассажиры одного и того же небесного тела,
с какого бы боку на нем не находились. Только и разница, что по времени.





Вот Рёмер и решал эту задачу.
Не он один решал.
"В 1714 году британским парламентом огромной по тем временам премии за разработку метода определения долготы — £10 000 при погрешности в 60 морских миль, £15 000 (40 миль) и £20 000 (30 миль). После учреждения этой премии многие учёные и просто энтузиасты взялись за решение этой проблемы."

Как вообще представляли возможность какого-либо решения, при таких-то исходных данных?
Небо одно на всех, это же совершенно очевидно?

На самом деле явление, позволяющее определить долготу, только из наблюдений в на месте пребывания - существует.
Это лунные затмения.
Все наверное встречали информацию - будет наблюдаться там-то и там-то, в такое-то время.
И в те давние времена подобные расчеты были доступны.
Знали точный момент, когда Луна, Земля и Солнце сойдутся на одной линии,
и местное время для этого события в той или иной местности.
Потому что затмение - оно тоже одно на всех, происходит одномоментно.
Если начало затмения случится, когда на Барбадосе полночь, то у наблюдателей восточнее - еще вечер,
а западнее - дело к утру. Метод точный, поддающийся прогнозированию.
До него додумался еще Гиппарх до нашей эры.
Одна беда - само событие довольно редкое. Всего три-четыре затмения в год (для каждой конкретной местности - еще реже).

Однако ж прецедент имел место, и премия предназначалась тому,
кто найдет на небе еще что-нибудь в таком роде, но более регулярное.


Начиная с XVI века стали делаться попытки рассчитать и тщательно описать взаимное положение Луны, Солнца и ключевых навигационных звезд. Этот метод «лунных расстояний» предполагал определение угла между Луной и другими небесными телами в т.н «морские сумерки» (перед рассветом и сразу после заката, когда одновременно видны и звезды, и горизонт). Но даже в начале XVIII века точность этого метода была еще слишком низкой, с ошибкой в 2–3 градуса долготы.

Как-то определиться пытались (бросали лаг, измеряя пройденное расстояние, потом высчитывали смещение по долготе) но, напр. возвратившийся домой после открытия Америки Колумб обнаружил, что ошибка в измерениях долготы на его корабле
составила целых 400 миль.


Галилей, открывший у Юпитера спутники, в работе 1612 г. предложил применить для определения долготы затмения в юпитерианской системе - моменты захождения спутников в тень планеты. Самый удобный объект для этих целей - Ио, имеющий орбитальный период около 42,5 часов (то есть, затмения и выходы из затмений происходят через каждые сутки и 19 часов).

Для практического применения необходимо было составить таблицы будущих затмений,
проведя кропотливые наблюдения. Этой ответственной работой и занялся Рёмер в парижской обсерватории.

А попутно обнаружил куда более важный, имеющий фундаментальное значение факт - за который его и вспоминают благодарные потомки в лице сегодняшнего гугловского дудла
(Кст все юбилейные логотипы можно посмотреть на стр - www.google.com/doodles)

Проводя наблюдения спутника Ио при разных положениях Земли на орбите (т.е. в разные времена года), Рёмер заметил, что моменты затмений сдвигаются во времени - затмения наступают раньше, когда Земля и Юпитер находятся в максимальной близости, чем в период их максимального отдаления друг от друга.
Он решил, что это получается из-за того, что свету требуется больше времени, чтобы пройти увеличившуюся дистанцию от Юпитера до Земли при изменении расстояния между ними (поскольку в противном случае оставалось допустить, что скорость юпитерианских спутников зависит от положения Земли на орбите, что нелепо).
Рёмер показал, что скорость света конечна. И рассчитал, что свет проходит диаметр земной орбиты за 22 минуты,
это дает для С примерно 214000 км/с (промахнулся на 26 % по сравнению с современным значением ≈ 300 000 км/с, простительно, учитывая тогдашнюю неточность в определении расстояний между планетами. Тут следует оговориться, что имеется в виду неточность - в километрах; в диаметрах земной орбиты астрономические вычисления проделывали с точностью до многих знаков после запятой. Потому вести речь о минутной разнице в движении наблюдаемых объектов имели полное право).

В сентябре 1676 г. на заседании Парижской Академии наук Рёмер представил расчеты, предсказывающие, что затмение 9 ноября того же года, произойдет на 10 минут позже, чем ожидается без учета времени распространения света от Юпитера до Земли. Предсказание блестяще подтвердилось, хотя молодому ученому пришлось отстаивать свои выводы, подвергнутые резкой критике директором Обсерватории Кассини. Но большинство ученых того времени, таких, как X. Гюйгенс, Г.В. Лейбниц, И. Ньютон, Э. Галлей разделяли взгляды Ремера и ссылались на его открытие.
Скорость света была первой фундаментальной постоянной, вошедшей в арсенал физических констант.


Одну из первых попыток измерить скорость света предпринимал еще Галилей -
расположившись с помощником на соседних холмах обменивались сигналами фонаря.
В такой постановке эксперимент не мог оказаться успешным.
В дальнейшем были разработаны более совершенные методы.
В 1849 году французский физик А. Физо сконструировал устройство, в котором вспышки света отражались в зеркале, помещенном на расстоянии 5 миль, и возвращались назад к наблюдателю. Свет от одной вспышки, прошедший расстояние 10 миль, возвращался уже через 1/20000 секунды, но Физо сумел измерить этот мизерный временной интервал с помощью быстро вращающегося зубчатого колеса, установленного на пути луча.
Год спустя Жан Фуко (практически в одно время с проведением своего знаменитого эксперимента с маятником) добился еще более точных результатов, заменив зубчатое колесо вращающимся зеркалом. При этом суммарное время, затраченное лучом на прохождение замкнутого маршрута, определялось по небольшому изменению угла отражения от быстро вращающегося зеркала.

Дальше всем известная история - Мейкельсон-Морли, и вплоть до особой роли скорости света в релятивистской теории и знаменитого E=MC2

Самое точное измерение скорости света в вакууме дает значение: 299 792 458 м/c.

А что с премией и методом Рёмера?
- Большую часть суммы получил в 1735–1765 годах 72-летний механик, сын сельского плотника Джон Харрисон, который создал высокоточные часы-хронометр, наконец-то позволившие морякам уверенно определять долготу.

А наблюдение спутников Юпитера, при большей независимости (мало ли что стрясётся
с судовым хронометром) - трудновыполнимо в условиях мореплавания.
Кто пытался наблюдать спутники Юпитера в бинокль "с рук", может представить
насколько эта задача непроста при корабельной качке.

Рёмер же и без того довольно послужил науке, совершенствованию астрономического инструментария,
теории и практике. Кроме самой известной работы по определению скорости света,
наследие Рёмера содержит каталог с весьма точно измеренными координатами для более чем 1000 звезд.
Это помогло Т. Майеру в 1775 г. впервые провести массовое определение собственных движений у десятков звезд, чем окончательно было доказано, что «неподвижные» звезды перемещаются в пространстве.

Tags: астро
Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 19 comments