Las primeras mediciones astronómicas de la velocidad

Las primeras mediciones
astronómicas de la velocidad de la luz
Rafael Ferraro
Instituto de Astronomía y Física del Espacio (CONICET-UBA)
4º Taller Latinoamericano sobre Enseñanza de las Ciencias
Buenos Aires, 28 de septiembre de 2009
Universo Aristotélico-Ptolemaico
El universo en el siglo XVII
Andreas Cellarius(1596-1665) PLANISPHÆRIVM COPERNICANVM
Las cuatro grandes lunas de Júpiter
Ío
Europa
Ganímedes
Calisto
la velocidad de la luz
¿finita o infinita?
Opiniones divididas
Velocidad infinita:
Aristóteles (384-322 a. C.)
Herón de Alejandría (c. 20-62)
Johannes Kepler (1571-1630)
René Descartes (1596-1650)
Velocidad finita:
Empédocles (490-435 a.C.)
Avicena (980-1037)
Alhazen (965-c. 1040)
Roger Bacon (1212-1292)
Francis Bacon (1561-1626)
Galileo intenta medir la velocidad de la luz
Galileo relata (1638): “he intentado el experimento sólo a una distancia corta...,
por lo cual no he podido determinar con certeza si la aparición de la otra luz
era instantánea o no”.
El Observatorio de París (1672)
París en 1657
Observatorio
La Sorbonne
París en 2009
La Sorbonne
Observatorio
Observatorio de París
Olaus Rømer (1644-1710)
Astrónomo danés que había llegado en 1672 al Observatorio de París, invitado
por Jean Picard, para ayudar a resolver un problema esencial para la navegación.
El problema de la determinación de la longitud geográfica
Hora de París
18:00
90º
París
A fines del siglo XVII
no se habían
desarrollado aún
relojes suficientemente
precisos
Solución: encontrar un
fenómeno periódico (un “reloj”)
en los cielos que permitiera
averiguar la hora de París.
La idea había
sido sugerida por
Galileo.
Un reloj en el cielo
Tierra
Júpiter
Io
Un reloj en el cielo
Io
Júpiter
Un eclipse cada 42,5 horas
Tierra
• Rømer confeccionó un catálogo de los eclipses de Ío con la
hora de París para que los navegantes pudieran determinar la
longitud geográfica.
• Sin embargo, Rømer notó que a medida que transcurría el año,
mientras la Tierra se alejaba de Júpiter, los eclipses no
sucedían cuando se esperaba sino que se retrasaban.
• Por el contrario, en el tramo del movimiento anual cuando la
Tierra se acerca a Júpiter, ese retardo se recuperaba.
1676
recorrido de la
Tierra entre dos
emersiones
sucesivas de Ío
recorrido de la
Tierra entre dos
inmersiones
sucesivas de Ío
22 minutos para recorrer 293
millones de kilométros
en realidad la
luz tarda 16
minutos para
hacer ese
recorrido
significa 222.000 km/seg
• Huygens apoyó la interpretación de Roemer
(la teoría ondulatoria de Huygens precisaba una velocidad
finita para explicar la reflexión y la refracción)
• Cassini apoyó al principio, pero luego objetó:
el fenómeno podría deberse a la excentricidad de la órbita
del satélite, irregularidades de su movimiento u otras causas
desconocidas.
Bradley y la aberración de la luz
Descubre:
• la aberración de la luz
• la nutación del eje terrestre
James Bradley (1693-1762)
La paralaje estelar
En 1725 Samuel Molyneux y James Bradley se proponen
estudiar la paralaje estelar
una prueba del
modelo
copernicano
http://sci2.esa.int/interactive/media/flashes/2_1_1.htm
“recorrido” de una estrella próxima
en la bóveda celeste, como
consecuencia de la paralaje estelar
La estrella a seguir:
Bradley y Molyneux eligieron Gamma Draconis, una estrella que pasa por el cenit de Londres
El telescopio de Bradley y Molyneux
El resultado de Bradley
Bradley esperaba
Bradley obtuvo
La paralaje de Gamma Draconis era pequeñísima e inobservable.
En su lugar Bradley había descubierto otra cosa.
La “aberración” de la lluvia
(composición de movimientos)
0 km/h
30 km/h
60 km/h
c
α c
V
tangente α =
V
c
si c fuera infinito
no habría
aberración
La aberración de la luz
Si la Tierra se moviese siempre en la misma
dirección el efecto sería indetectable
Pero la Tierra se mueve en distintas direcciones a
lo largo del año
Bradley midió 20,25
segundos de arco
La aberración de Bradley demostraba
que la velocidad de la luz era finita
Sabiendo que la Tierra se mueve alrededor
del Sol a 30 km/s, el valor de aberración
obtenido por Bradley da la velocidad de la
luz con un error del 1%
(el valor de la aberración aceptado actualmente es de
20,49552 segundos de arco)
Comentarios finales
• ¿Fue usado el método de Rømer para medir la longitud terrestre?
No fue usado en la navegación, pero se usó en tierra para mejorar la cartografía.
• ¿Qué pasó con la medición de la paralaje estelar?
La paralaje no se pudo medir hasta 1838 (Bessel). La paralaje de la estrella más próxima, α-Centauro, es de 1,524
segundos de arco.
• ¿Cómo descubrió Bradley la nutación terrestre?
Bradley había intentado explicar el fenómeno observado como debido a una oscilación del eje terrestre. Aunque luego
encontró la explicación correcta, siguió interesado en la nutación terrestre hasta que la descubrió en 1748.