(1672 - 1676) - Roemer y los eclipses de Ío

Actividad

(1672 - 1676) - Roemer y los eclipses de Ío

A partir de 1672, Giovanni Cassini trabajó junto a Ole Rømer en el Observatorio de París en la comprobación de sus tablas de efemérides (tablas de predicción de eclipses). Mientras realizaban las observaciones notaron algunas irregularidades en el movimiento de Ío, el Satélite Galileano más cercano al planeta Júpiter…

Retroalimentación

A medida que la Tierra se acercaba a Júpiter, las inmersiones del satélite se veían antes del tiempo predicho por las tablas; las emersiones se observaban después del tiempo predicho a medida que nuestro planeta se alejaba. ¿Cómo podría la posición de la Tierra en su órbita afectar el tiempo en que Ío completaba su revolución alrededor de Júpiter?

Si las tablas predecían que una inmersión debía ocurrir a las 10:00 pm, ¡se observaba a las 9:50 pm!

Si las tablas predecían que una emersión debía ocurrir a las 10:00 am, ¡se observaba a las 10:10 am!

El 22 de agosto de 1676 Cassini realizó un anuncio a la Real Academia de Ciencia de París; en ella expuso que las discrepancias ocurrieron por dos causas:

Por las órbitas de Júpiter y la Tierra.
Por la no propagación instantánea de la luz.

Con respecto a la primera causa, parece que Cassini era consciente de que sus tablas de efemérides presentarían pequeñas discrepancias, pues realizó sus cálculos utilizando órbitas circulares en vez de órbitas elípticas.

En las órbitas elípticas la velocidad del planeta o satélite no es constante (como ocurre en las órbitas circulares); cuando está más cerca del astro “central” (el Sol o un planeta) se mueve más lento, cuando está más cerca se mueve más rápido, esto pudo añadir pequeños errores en los tiempos de los eclipses. Sin embargo, según Cassini, las discrepancias por las órbitas consideradas podrían ser corregidas en sus cálculos fácilmente.

Animación de las órbitas circulares y elípticas. Elaborado por Rosanna A. Uzcátegui.

Curiosamente poco tiempo después del anuncio, Cassini se retractó y se negó a admitir que la no propagación instantánea de la luz fuera la causa de las discrepancias. Rømer, por su parte, si aceptó la idea de que la luz podía tener una velocidad finita y argumentó lo siguiente:

+ Propuesta de Rømer

Sea A el Sol, F Júpiter, G el primer satélite galileano (Ío) cuando entra en la sombra de Júpiter y H cuando emerge de ella; sea B, C, D, E, K, L las posiciones de la Tierra a diversas distancias de Júpiter (Fig. 19).

Figura 19. Ideas de Rømer. Él publicó un dibujo parecido en el artículo del diario Des Sçavans, correspondiente al 7 de diciembre de 1676. Elaborado por Rosanna A. Uzcátegui.

Cuando la Tierra se encuentra cerca de los puntos K (punto de Oposición) y L (punto de Conjunción), no se ven ni las emersiones ni las inmersiones de Ío, ya que Júpiter obstaculiza la visión o porque este planeta está muy cerca (en el cielo) del Sol.

Cuando la Tierra está en B, podemos ver a Ío emerger de la sombra; si la Tierra se mantiene en el mismo lugar después de una revolución del satélite, es decir, 42.5 horas después, se debería ver de nuevo a Ío emergiendo de la sombra de Júpiter. Ahora, si la Tierra se mantuviera en ese punto durante 30 revoluciones del satélite, se debería ver al satélite emerger de la sombra después de 30 veces 42.5 segundos. Sin embargo, la Tierra se ha movido durante este tiempo a C, aumentado la distancia entre ella y Júpiter. Por lo tanto, si la luz necesita un tiempo para propagarse, veremos la emersión en C más tarde de lo que habría sido si la Tierra se hubiera mantenido en B, debido a que la luz debe recorrer la distancia MC adicional para llegar al planeta.

Del mismo modo, cuando la Tierra llega a E de D (mientras se aproxima a Júpiter), la inmersión se observará antes de lo que habría sido si la Tierra se hubiera mantenido en D, ya que la luz debe viajar una distancia menor.

Rømer en las observaciones de los eclipses realizadas durante varios años consecutivos encontró que las diferencias de tiempo en las observaciones son muy considerables, diez minutos o más, y de ellas llegó a la conclusión que a la luz le toma unos 22 minutos en atravesar todo el diámetro de la órbita anual KL, que es el doble de la distancia de la Tierra al Sol.

+ Similitud con el experimento de Galileo.

¿Notas que las conclusiones expuestas por Rømer tienen algunas similitudes con el experimento de Galileo? En el experimento actual, Ío, al entrar y salir de la sombra de Júpiter, actúa como uno de los faroles que puede cubrirse y descubrirse a discreción; además, la distancia que debe recorrer la luz es mucho más grande (unos 600 millones de kilómetros), por lo que puede detectarse un retraso en su llegada.

Experimento de Galileo. Elaborado por Rosanna A. Uzcátegui.

Actividad

¿Sabías que?

Cassini realizó su anuncio a la Real Academia de Ciencias de París el 22 de agosto de 1676.
Cassini, conscientemente, construyó sus tablas de efemérides utilizando órbitas circulares (en vez de órbitas elípticas), esto pudo añadir pequeños errores en los tiempos de los eclipses.
Poco tiempo después de la publicación de las conclusiones de Rømer, Cassini planteó algunas objeciones, entablándose entre ambos una controversia que generó rivalidad. A pesar que en un inicio Cassini pareció aceptar que la luz no se propaga instantáneamente, luego se negó a admitir la idea porque no pudo detectar ningún retraso ni anticipación en los eclipses de los otros tres satélites galileanos.
En una carta escrita al astrónomo, físico y matemático holandés Christiaan Huygens (1629 - 1695), Rømer expone que los avances o retrasos debido a la velocidad finita de la luz no se pueden percibir en los otros tres Satélites Galileanos debido a que es muy difícil observar con precisión sus eclipses; recuerda que los eclipses de Ío son los más frecuentes, lo que permite predecir la periodicidad de sus eclipses con mayor exactitud que la de los otros satélites (eclipses menos frecuentes).
A comienzos de septiembre del 1676, Rømer expuso ante la Academia que la próxima emersión de Ío, correspondiente al 9 de noviembre (a las 5 h 25 min 45 s), se produciría aproximadamente 10 minutos más tarde de lo previsto por las tablas, explicando que el retraso se produciría por el simple hecho de que la luz le toma un tiempo en propagarse de un punto a otro. El 9 de noviembre el eclipse fue observado desde el Observatorio Real de París a las 5 h 35 min 45s, confirmando la predicción. El 21 de ese mismo mes (septiembre), Rømer entregó un documento ante la Academia, en el que expuso sus conclusiones y su nuevo método de cálculo para determinar los eclipses del satélite; el contenido de este documento fue publicado en la revista científica "Journal des sçavans " el 7 de diciembre del mismo año y su traducción fue publicada en la también revista científica "Philosophical Transaction of the Royal Society " el 25 de junio de 1677.
Parece que la mayoría de los papeles de Rømer fueron destruidos en el gran incendio que asoló la ciudad de Copenhague, Dinamarca, el 20 de octubre de 1728. Sin embargo, existe un manuscrito que sobrevivió y que contiene una lista de sesenta observaciones de los eclipses de Ío realizadas entre 1668 y 1678.

¿Quién fue Ole Roemer?

Ole Rømer (1644 - 1710) fue un astrónomo danés. Inventó el anteojo meridiano y construyó un micrómetro que fue usado hacia finales del siglo XVII en la observación de los eclipses.

Rømer también puede escribirse como Römer, Roemer y Romer.

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