В.Т.Поляковский
Проверка расстояния от Земли до Солнца, также от орбиты Земли до орбиты Марса и извлечение данных о скорости света на основании данных о динамике движения спутников Юпитера методами современной астрономии
Оглавление
1. История появления сугубо спортивного интереса к этому вопросу
2. Обзор становления представлений о расстоянии от Земли до Солнца и о скорости света на необходимом уровне подробности
2.1. Обзор становления представлений о расстоянии от Земли до Солнца
2.2. Обзор становления представлений о скорости света
3. Суть предлагаемого проекта
1. История появления сугубо спортивного интереса к этому вопросу
В настоящий момент имеет место организационное оформление российской школы исследования общественных процессов методами естественных наук. За этой школой есть ряд достижений: логистическая история цивилизаций, логический формализм реконструкции истории человечества, разгадка общей схемы становления хронологии древности и средневековья и ряда ее тайн. Разгадка этих тайн была не под силу традиционной российской школе гуманитарных наук. Да и мировой тоже.
По некому стечению обстоятельств, по ходу исследовательского процесса, приведшего к вышеперечисленным результатам, по итогам рассмотрения отдельных закономерностей развития науки пролился некий свет на отдельные вопросы общей физики, связанные с астрономией.
Самым интересным из них оказался вопрос скорости света в вакууме. Этот вопрос вызывал как минимум спортивный интерес со следующих точек зрения:
− по вычислениям Рёмера, проведенных им на основании наблюдений спутников Юпитера и преданных гласности в 1676 году, скорость света оказалась равна 220 000 км/с, что на 26 % ниже современного значения (300 000 км/с) [1]… Это обстоятельство пробуждает как минимум спортивный интерес провести эксперименты по установлению скорости света на основании той же методики, что применил Рёмер, а именно, на основании наблюдений спутников Юпитера, пересмотрев по ходу дела весь ход становления представлений о скорости света. Более подробно об этом чуть ниже
− одной из точек опоры для рассуждений Рёмера служило расстояние от Земли до Солнца. Первую более или менее приемлемую оценку расстояния от Земли до Солнца способом параллакса получили Джованни Доменико Кассини и Жан Рише. В 1672 году, когда Марс находился в великом противостоянии с Землёй, они измерили положение Марса одновременно в Париже и в Кайенне — административном центре Французской Гвианы. Наблюдавшийся параллакс составил 24″ [2]. По результатам этих наблюдений было найдено расстояние от Земли до Марса, в момент великого противостояния с Землёй, а заодно и от орбиты Земли до орбиты Марса, которое затем на основании третьего закона Кеплера было пересчитано в расстояние от Земли до Солнца — 140 млн км. Разумеется, о неравномерностях направления вектора g речи не шло, а более подробно об этом ниже
− сама величина скорости света в вакууме 3*108 м/с наличием одной-единственной значащей цифры (в данном случае цифры «3») сама по себе навевала вполне определенные подозрения о следах подгона
− известный факт: когда Рёмер по итогам своей работы в 1676 году предал гласности возможность измерения скорости света на основании наблюдения отдельных небесных тел, то его методика была оспорена со стороны его коллег по работе в обсерватории королевской академии наук в Париже Ж.-Ф. Маральди и Д.Кассини, т.е. тем самым Доменико Кассини, который принял участие в измерении параллакса Марса, на основании опытов 1672 года.
Из приведенных рассуждений ясно видно, что вопрос скорости света тесно связан с вопросом измерения расстояния от Земли до Солнца. А теперь от изложения истории появления сугубо спортивного интереса этому вопросу перейдем к изложению более подробного научного обоснования.
2. Обзор становления представлений о скорости света и расстоянии от Земли до Солнца на необходимом уровне подробности
Идеальный вариант при рассмотрении данного вопроса – дать материал из германоязычной статьи в Википедии. Итак, статья Ole Roemer [1], раздел Lichgeschwindigkeit («Скорость света»).
«Ein Wert für die Lichtgeschwindigkeit wurde erstmals 1678 von Christiaan Huygens mit etwa 212.000 km/s in heutigen Einheiten berechnet. Er benutzte die Laufzeitangabe von 22 Minuten (= 1320 s) von Rømer. Für den halben Erdbahndurchmesser (Astronomische Einheit) setzte er 11.000 Erddurchmesser ein, also für den ganzen Erdbahndurchmesser etwa 280 Millionen km in heutigen Einheiten. Damit stützte er sich auf eine Angabe der Sonnenparallaxe von 9,5 Bogensekunden, die Cassini 1673 aus einer Marsbeobachtung erhalten hatte (aus C. Huygens Abhandlung vom Licht, erschienen erst 1690). Rømer hat zu diesem Zahlenmaterial sicherlich Zugang gehabt, es aber nicht genutzt».
«Значение скорости света впервые было рассчитано 1678 году Христианом Гюйгенсом, по его версии около 212.000 км/с в современных единицах. Он использовал данные Рёмера о задержке спутников Юпитера в 22 минуты (= 1320 s). В качестве радиуса (в оригинале буквально: половины диаметра) Орбиты земли (астрономической единицы*) от принял 11.000 диаметров Земли*, так что для всего диаметра Орбиты около 280 млн км. в современных единицах. При этом он опирался на значение параллакса Солнца 9,5 в угловых секунд, полученных Кассини в 1673 г. на основании наблюдения Марса (согласно работе Гюйгенса «Трактат о свете», («Abhandlung vom Licht») появившейся в 1690 году). Рёмер, несомненно, имел к цифровой части этого материала доступ, но не использовал ее».
* − несколько нестандартная трактовка понятия астрономической единицы. Как правило, это не диаметр земной орбиты, а ее радиус
** − на каком основании? пока не очень понятно
Итак, зафиксируем совокупность начальных данных:
− расстояние от Земли до Солнца согласно Гюйгенсу – 140 000 000 км
− скорость света в вакууме − 212.000 км/с
Взглянем на дальнейшее развитие представлений об этих параметрах.
2.1. Обзор становления представлений о расстоянии от Земли до Солнца
Дальнейшие представления о расстоянии от Земли до Солнца развивались на основании данных о параллаксе Венеры. Рассказ – согласно статье англоязычной Википедии «Астрономическая единица» (Astronomical unit, [2]).
«A better method for observing Venus transits was devised by James Gregory and published in his Optica Promata (1663). It was strongly advocated by Edmond Halley[44] and was applied to the transits of Venus observed in 1761 and 1769, and then again in 1874 and 1882. Transits of Venus occur in pairs, but less than one pair every century, and observing the transits in 1761 and 1769 was an unprecedented international scientific operation. Despite the Seven Years' War, dozens of astronomers were dispatched to observing points around the world at great expense and personal danger: several of them died in the endeavour.[45] The various results were collated by Jérôme Lalande to give a figure for the solar parallax of 8.6″.
|
Date |
Method |
A/Gm |
Uncertainty |
|
1895 |
aberration |
149.25 |
0.12 |
|
1941 |
parallax |
149.674 |
0.016 |
|
1964 |
radar |
149.5981 |
0.001 |
|
1976 |
telemetry |
149.597 870 |
0.000 001 |
|
2009 |
telemetry |
149.597 870 700 |
0.000 000 003 |
Another method involved determining the constant of aberration. Simon Newcomb gave great weight to this method when deriving his widely accepted value of 8.80″ for the solar parallax (close to the modern value of 8.794143″), although Newcomb also used data from the transits of Venus. Newcomb also collaborated with A. A. Michelson to measure the speed of light with Earth-based equipment; combined with the constant of aberration (which is related to the light time per unit distance), this gave the first direct measurement of the Earth–Sun distance in kilometres. Newcomb's value for the solar parallax (and for the constant of aberration and the Gaussian gravitational constant) were incorporated into the first international system of astronomical constants in 1896,[46] which remained in place for the calculation of ephemerides until 1964.[47] The name "astronomical unit" appears first to have been used in 1903».
Итак, данные параллаксов Марса и Венеры дают разные данные об астрономической единице. Кроме того, приведенная таблица содержит абсолютно неясные строки «1941» и «1964», что за ними стоит – непонятно.
2.2. Обзор становления представлений о скорости света
На первом этапе мы его можем ограничить воспоминаниями об опытах Бредли 1721 года, основанных на абберации света. Этот метод давал неплохую привязку скорости света к скорости движении Земли по орбите, давая в первую очередь отношение v/c.
3. Суть предлагаемого проекта
Суть предлагаемого проекта ясно следует из вышеизложенного. Наблюдаемое расхождение между расстоянием от Земли до Солнца, измеренном на основании параллакса Меркурия (150 000 000 км), и этим же параметром, измеренном на основании параллакса Марса (140 000 000 км), не совпадают. Чем это объяснить? Может быть, достаточно большим эксцентриситетом орбиты Марса?
Эксцентриситет орбиты Марса равен 0,093 , Меркурия – 0, 206 … Идут освоения солнечной системы, и человечество отнюдь не застраховано от сенсаций. Может быть, часть из них удастся решить путем провозглашения столь нестандартного научного проекта? В любом случае, им должны заниматься не только специалисты по механике небесных тел…
Можно также уделить достойное внимание движению спутников Юпитера и выяснить вопрос о скорости света, измеренной в лоб по методике Ремера.
Можно ли поставить вопрос о проверке основных планетарных характеристик таких планет солнечной системы, как Меркурий, Марс, Земля? Можно ли сказать, что генеральный спонсор этого проекта мог бы претендовать на звание Короля Солнца и Марса, подобно тому, как Людовик XIV благодаря неравнодушию к проектам по измерению расстояния от Земли до Солнца вполне заслуженно заслужил негласный титул Короля Солнце.
С уважением, разработчик и инициатор
В.Т.Поляковский
wlad@df.ru
Литература
1. Ole_Roemer. https://de.wikipedia.org/wiki/Ole_Roemer
2. Astronomical unit. https://en.wikipedia.org/wiki/Astronomical_unit#History