• Scienza
  • mercoledì 7 dicembre 2016

Velocità della luce, come fu scoperta 340 anni fa da Ole Rømer

L'astronomo danese usò le eclissi lunari su Giove per capire che la luce non viaggia in modo istantaneo: riuscì a misurarne la velocità, per la prima volta

La caduta di Icaro (Hulton Archive/Getty Images)

La velocità della luce fu scoperta 340 anni fa dall’astronomo danese Ole Rømer, che pubblicò le sue scoperte il 7 dicembre 1676 in uno studio intitolato Démonstration touchant le mouvement de la lumière trouvé par M. Roemer de l’Académie des sciences, dopo averle annunciate qualche mese prima all’Académie royale des sciences di Parigi. Partendo da sue osservazioni fatte per la misurazione della longitudine, Rømer stimò che la luce impiegasse circa 22 minuti per percorrere un diametro medio dell’orbita della Terra intorno al Sole, fornendo una prima dimostrazione dell’ipotesi, allora molto recente, che la luce si muovesse con una velocità finita, e non istantaneamente. Il valore accettato oggi è di circa 16 minuti e 40 secondi, con una velocità di quasi 300mila km al secondo, l’errore di Rømer si deve soprattutto al fatto che i suoi studi si basavano sull’osservazione dei pianeti e sulla loro distanza dalla Terra, allora conosciuta solo in modo impreciso.

Il problema della velocità della luce

Fino al Diciassettesimo secolo si pensava che la luce viaggiasse a una velocità infinita, e che si spostasse quindi istantaneamente da un posto all’altro. L’argomento era già stato dibattuto nell’antica Grecia, ma l’incapacità di verificare in modo sperimentale le diverse ipotesi non aveva permesso di arrivare a nessuna conclusione diversa da quella di “buon senso”, ovvero che la luce si spostasse in modo istantaneo, come sembra anche a noi ogni volta che ci guardiamo allo specchio. Per questo motivo, gli esperimenti per provare a misurare la velocità della luce diedero tutti esito negativo. Uno dei più famosi fu quello pensato da Galileo: prevedeva che due persone si ponessero a distanza di un chilometro l’una dall’altra con una lanterna e uno straccio per coprirne la luce. La prima persona doveva scoprire la lanterna e la seconda doveva fare altrettanto dopo aver visto la luce della prima: la velocità della luce doveva quindi essere misurata come il rapporto tra la doppia distanza delle due persone e l’intervallo di tempo osservato dalla prima persona tra il momento in cui la lanterna era stata scoperta e quella in cui aveva visto la luce in arrivo dalla seconda lanterna. Esperimenti di questo tipo si rivelarono tutti inconcludenti, perché come sappiamo oggi la luce copre distanze così brevi in pochissimi microsecondi, un tempo troppo breve per poter essere osservato e misurato senza strumenti.

Gli studi di Rømer

Ole Rømer cominciò a lavorare alla misurazione della velocità della luce dopo essere stato chiamato dall’italiano Giovanni Cassini a lavorare all’Osservatorio di Parigi, che aveva fondato pochi anni prima. Rømer, che in Danimarca era conosciuto, lavorava a Copenhagen come assistente del matematico danese Erasmus Bartholin. Lì cominciò a collaborare con l’astronomo Jean Picard alla misurazione delle eclissi lunari di Giove, come parte di uno studio che Picard stava conducendo con Cassini per trovare un modo affidabile di misurare la longitudine. Rømer fu poi chiamato a Parigi a lavorare con Cassini ai suoi studi sui satelliti di Giove, e continuando a lavorare sulla misurazione delle eclissi lunari arrivò a formulare la prima ipotesi sulla velocità della luce. In particolare, Rømer si rese conto che c’erano delle differenze nelle misurazioni delle eclissi della luna Io a seconda della distanza di Giove dalla Terra e le attribuì al fatto che la luce dovesse avere una velocità finita, dipendente dalle diverse distanze.

Partendo dalle conoscenze allora disponibili sulla distanza dei pianeti dalla Terra, Rømer stabilì che la luce impiegava circa 22 minuti per percorrere un diametro medio dell’orbita della Terra intorno al Sole. La sua scoperta fu presentata per la prima volta all’Académie royale des sciences l’8 gennaio del 1676 e poi pubblicata il 7 dicembre dello stesso anno nello studio Démonstration touchant le mouvement de la lumière trouvé par M. Roemer de l’Académie des sciences. Oggi sappiamo che la luce si muove a una velocità di quasi 300.000 chilometri al secondo e che percorre il diametro medio dell’orbita terrestre in circa 16 minuti e 40 secondi, il 26 per cento in meno di quanto misurato da Rømer.

Dopo i suoi studi a Parigi, nel 1681 Rømer tornò in Danimarca e fu nominato professore all’Università di Copenaghen. Gran parte dei suoi studi di quegli anni sono tuttavia andati perduti a causa del grande incendio che colpì la città nel 1728. Rømer morì a Copenhagen nel 1710, dopo essere stato per cinque anni capo della polizia locale.

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