Medeltiden: den första mätningen av ljusets hastighet

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Som ofta är fallet inom vetenskapen, var dess beräkning en biprodukt av andra handlingar som gjorde mycket mer praktiskt meningsfullt. I slutet av medeltiden seglar europeiska fartyg på haven på jakt efter nya landområden och handelsvägar. Nyupptäckta öar behöver kartläggas och för detta är det viktigt att veta mer eller mindre exakt var de ligger. Det var märkbara problem med detta.

Geografiska koordinater är två numeriska värden - latitud och longitud. Med latitud är allt relativt enkelt: du måste mäta höjden över horisonten för någon känd stjärna. På norra halvklotet kommer det med största sannolikhet att vara polstjärnan, på södra - en av stjärnorna i södra korset. Under dagen kan latituden bestämmas av solen, men felet är betydligt större - ljuset är ganska stort, det är svårt att följa det på grund av dess ljusstyrka och gränserna för dess synliga skiva är suddiga under påverkan av jordens atmosfär. Detta är dock en relativt enkel uppgift.

Vad är klockan nu

Longitud är mycket mer komplicerad. Jorden roterar runt sin axel, och du kan ta reda på var vi är, genom att veta den exakta tiden vid denna tidpunkt och tiden på någon plats, vars longitud vi känner till. I litteraturen brukar man skriva "prime meridian", detta är i allmänhet korrekt, eftersom vi pratar om samma sak. Om allt är ganska enkelt med lokal tid, är det mycket mer komplicerat med nollmeridianen.

Det fanns ingen klocka som kunde visa den exakta tiden för platsen varifrån de fördes bort under de stora geografiska upptäckternas tid. På den tiden ansågs ett urverk utrustad med en minutvisare vara en högprecisionsteknik. De första kronometrarna som lämpade sig för att bestämma longitud dök upp i mitten av 1700-talet, och innan dess fick sjömän klara sig utan dem.

Den äldsta teoretiskt utarbetade metoden var månavståndsmetoden, föreslog av den tyske matematikern Johann Werner 1514. Det baserades på det faktum att Månen rör sig ganska snabbt över natthimlen och genom att mäta med en speciell anordning - en tvärgående stav - dess förskjutning i förhållande till några kända stjärnor kan du ställa in tiden. Den praktiska implementeringen av Werners metod visade sig vara mycket svår, och den spelade ingen märkbar roll i navigeringen.

1610 upptäckte Galileo Galilei Jupiters fyra största månar. Detta var en viktig vetenskaplig händelse - inom den dåvarande observationsastronomins kapacitet hittades en till, förutom jorden, en himlakropp, runt vilken dess egna satelliter kretsade. Men det viktigaste för samtida var att rörelsen av dessa satelliter kunde observeras samtidigt och lika från alla punkter på jorden, där Jupiter är synlig i det ögonblicket.

Galileo Galilei

Redan 1612 föreslog Galileo att man skulle bestämma den exakta tiden, och därmed longituden, genom rörelsen av Io, en av Jupiters fyra satelliter. Den har många anmärkningsvärda egenskaper som Galileo naturligtvis inte kände till, men viktigast av allt är den relativt lätt att observera. Att ta reda på när han gick in i skuggan av planeten, var det möjligt att exakt fastställa tiden. Men de allra första försöken att sammanställa tabeller över förmörkelser av Io (och andra galileiska satelliter) avslöjade att denna tid förändrades på ett obegripligt sätt för vetenskapen från den eran. Orsakerna förblev oklara i tre kvarts sekel.

Köpmannens son

Ole Christensen Rømer föddes i en dansk köpmansfamilj 1644. Information om hans ungdom är fragmentarisk - han födde inte, och personlig berömmelse kommer till honom mycket senare. Det är känt att han tog examen från Köpenhamns universitet, och tydligen var märkbar för sitt intellekt. 1671 flyttade Roemer till Paris, blev anställd hos Cassini och blev mycket snart invald i Vetenskapsakademin - då var denna samling av lärda människor mindre elit än senare.

Ole Römer

Mot slutet av seklet återvände han till Danmark, fortsatte att vara praktiserande astronom och dog där 1710. Men allt detta kommer senare.

Det är ändligt

Och 1676 föreslog han okomplicerade, för modern tid, beräkningar som förevigade hans namn. Kärnan i saken är enkel. Jupiter är ungefär fem gånger längre från solen än jorden. Den gör ett varv runt solen på cirka 12 jordår (vi avrundar siffrorna för enkelhets skull). Det betyder att om ett halvår kommer avståndet från Jupiter till jorden att förändras med ungefär en tredjedel. Och detta motsvarar mer eller mindre den observerade skillnaden i förmörkelsetiderna för de galileiska satelliterna.

Io idag

Det är nu mycket lätt för oss att förstå logiken i detta resonemang, men på 1600-talet var det vanligt att tro att ljusets hastighet är oändlig. Men Roemer föreslog att det inte är så. Enligt hans beräkningar var ljusets hastighet lika med cirka 220 tusen kilometer per sekund, vilket är en fjärdedel lägre än det värde som fastställs idag. Men för 1600-talet var det inte illa åtminstone.

Sedan visar det sig att allt inte är så enkelt, och efter två århundraden kommer Laplace att ta hänsyn till gravitationspåverkan från satelliter på varandra, men det här är en helt annan historia.

Roemers idé spelade ingen betydande roll i geografiska upptäckter. Att observera Jupiters månar genom ett teleskop installerat ombord på fartyget var, på grund av rullningen, nästan omöjligt. Och i mitten av 1700-talet utvecklades de första kronometrarna, lämpliga för att bestämma longitud.