О роли наблюдений галилеевых спутников юпитера в знаменательных научных открытиях



страница1/2
Дата31.07.2017
Размер1,18 Mb.
  1   2


О РОЛИ НАБЛЮДЕНИЙ ГАЛИЛЕЕВЫХ СПУТНИКОВ ЮПИТЕРА
В ЗНАМЕНАТЕЛЬНЫХ НАУЧНЫХ ОТКРЫТИЯХ

Толчельникова С.А., Чубей М.С.

ГАО РАН, Санкт-Петербург, Россия
В истории астрономии нередко решения поставленной задачи приходится ожидать в течение десятков и сотен лет, пока оно окажется возможным благодаря новым техническим достижениям. Одна из таких задач, поставленная перед астрономами великим физиком XIX века Джеймсом Максвеллом, является предметом нашего исследования.
I. Прежде чем рассмотреть современные возможности для решения задачи Максвелла, напомним о наиболее значительных открытиях, связанных с астрометрическими наблюдениями спутников Юпитера. В одну из январских ночей 1610 г. Галилей начал наблюдения с телескопом, им построенным, и увидел четыре яркие «луны» Юпитера. Он назвал их «звездами Медичи». В честь начала 400 лет тому назад «телескопической эры» 2009 год был объявлен Международным годом астрономии.

Наиболее знаменитым из четырех ярких спутников Юпитера оказался Ио. В 1676 г. Олаву Рёмеру, 10 лет проработавшему в Парижской обсерватории, удалось определить скорость света из анализа наблюдений покрытий Ио Юпитером, проведенных Домеником Кассини. Директор Парижской обсерватории Кассини, как и его современники, полагал, что свет распространяется мгновенно, и поэтому обнаруженные Рёмером систематические расхождения наблюдаемых моментов с вычисленными по эфемеридам он считал ошибками наблюдений. Открытие Рёмера было бы невозможным, если бы он не использовал значения параллакса Солнца (9.5″), определенного Кассини и Ж.Пикаром. Рёмеру помогли также таблицы движений спутников Юпитера, составленные Кассини для моряков. Как видим, скорость света, которую Галилей не мог определить в земных условиях, оказалась определимой при обращении к наблюдениям астрономов.

В XVII веке только Гюйгенс, Ньютон и Галлей признали открытие Рёмера. В «Philosophiae Naturalis Principia Mathematica» (1686 г.), в книге III «О системе Мира», посвященной анализу движений тел Солнечной системы, Ньютон начинает математическое описание орбитальных движений с анализа движений спутников Юпитера. Потребовалось почти 100 лет для того, чтобы открытие Рёмера стало общепризнанным. Первое подтверждение было получено Дж. Брадлеем иным методом, из анализа аберрационных смещений звезд, — нового явления, обнаруженного и объясненного Брадлеем в 1729 г. [1].

Проблема, являющаяся предметом нашего исследования, была инициирована Максвеллом в письме 1879 г. американскому астроному Д.П.Тодду, которого Джеймс Максвелл спрашивал о возможности «измерения скорости Солнечной системы относительно мирового эфира посредством наблюдения лун Юпитера» ([2], с.49).

Тодд ответил, что данных астрономии для решения этой задачи, недостаточно.

К сожалению, не имея копии письма Максвелла, мы вынуждены воспользоваться изложением его содержания в книге А.Р.Френча «Специальная теория относительности» ([2], c.49).



«Сущность идеи Максвелла очень проста», – пишет Френч. Максвелл предлагал наблюдать затмение яркого спутника Юпитера в тот момент, когда Земля находится в точке E, а Юпитер в точке J, (Рис.1), и также примерно через 6 лет, когда Земля и Юпитер окажутся в положении, показанном на рис.2. В первом случае свет будет распространяться в направлении, совпадающем с направлением движения Солнечной системы, которое указано стрелкой А на рисунках 1 и 2. Через промежуток времени, равный t1, сигнал дойдет до Земли. Во втором случае сигнал движется в обратном направлении, поэтому на прохождение расстояния, равного диаметру орбиты Земли, он затратит время t2, которое во втором случае окажется меньшим. Определив разность Δt по формуле (2), астрономы могут получить значение скорости v. Френч приводит следующие формулы:

, (1)

, (2)

где через t обозначены интервалы времени, l – диаметр земной орбиты, v – скорость движения Солнца, tl = 16.6 мин., это время, которое затратит свет на прохождение диаметра орбиты Земли.

Максвелл в письме Тодду отметил, что в предложенном им методе искомой является скорость движения в одном и том же направлении, и необходимые наблюдения явились бы «экспериментом первого порядка, поскольку искомая величина (ожидаемый эффект) пропорциональна первой степени отношения v/c. Этим его предложение выгодно отличается от земных экспериментов в лабораторных условиях, где неизбежно используется луч света, отраженный и вернувшийся в начальную точку» ([2], с.50).

Действительно, если фиксируется время, затраченное светом на путь в прямом и обратном направлениях, то уравнения (1) складываются



, (3)

и для определения скорости v приходится использовать величину



, (4)

равную второму члену уравнения (3), который на порядок меньше той величины, которую предлагает определять Максвелл из уравнения (2).

Максвелл рассчитал, что при скорости Солнца, равной хотя бы 150 км/с, остается надежда на обнаружение скорости v. К тому времени астрономы определили только скорость Солнца относительно ярких звезд Местной системы, равную примерно 20 км/с и направленную к созвездию Геркулеса. Эта скорость того же порядка, что и у орбитального движения Земли, которую, как известно, в лабораторных опытах не удается обнаружить1.

В разделе «Прелюдия к эксперименту Майкельсона-Морли» книги А.Р.Френча написано, что письмо Максвелла было прочитано Майкельсоном, который в 25 лет (в 1878 г.) провел высокоточные определения скорости света и не мог безоговорочно принять заключения Тодда о невозможности обнаружения движения Земли из выражения (4). Майкельсон приступил к обдумыванию своего эксперимента – «наиболее знаменитого из всех попыток зарегистрировать наше движение через абсолютное пространство, определяемое эфиром» ([2], с.51)

В следующих разделах мы поясним задачу, поставленную Максвеллом, а также, исходя из современных данных и точности наземных наблюдений, ответим на вопрос о возможных способах ее решения.



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница