La prima straordinaria misurazione dell'incredibile velocità della luce effettuata in seguito alle scoperte di un famoso astronomo toscano.
Quanto è veloce la luce? In tanti si sono posti questa domanda nell’arco della storia: oggi abbiamo una risposta molto precisa ma non è stato facile ottenerla. Il motivo di tanta difficoltà sta nell’incredibile rapidità con la quale un raggio di luce è capace di coprire distanze enormi. Lo stupore che proviamo di fronte alla corsa disperata di questa entità misteriosa ed impalpabile nasce dal confronto con le velocità alle quali siamo abituati e che caratterizzano il moto dei corpi che ci circondano. Oggi, nel nostro mondo contemporaneo, ci sono molti gli oggetti che consideriamo veloci: aerei supersonici, proiettili, razzi spaziali, ecc… che raggiungono punte di velocità impensabili fino a qualche generazione fa. Molti di questi oggetti sono persino in grado di superare abbondantemente la già elevata velocità del suono ma la luce è di gran lunga più rapida nel suo propagarsi attraverso lo spazio. La velocità di un leopardo lanciato verso la sua preda è straordinaria in relazione a quella di un essere umano ma non è nulla rispetto a quella di un caccia dell’aeronautica militare e un caccia è praticamente fermo rispetto ad un fascio di luce laser.
La rapidità della luce è tale da illuderci che possa coprire grandi distanze in un tempo praticamente nullo. Questo ha portato uomini del passato a credere che la luce potesse avere velocità infinita; supponendo valida questa ipotesi, la luce prodotta dal Sole, nel momento stesso in cui lascia la sua superficie, ci raggiungerebbe in un tempo esattamente uguale a zero e, nello stesso istante, sarebbe già giunta ai confini dell’Universo. Se noi uomini potessimo spostarci nello spazio a velocità infinita, saremmo in possesso di un sistema di teletrasporto come quello dei film di fantascienza.
In effetti la luce è davvero veloce ma oggi sappiamo bene che la sua velocità non è affatto infinita. Così come ogni altro corpo, la luce necessita di tempo per coprire un certa distanza. La sua velocità le permette di percorrere la bellezza di trecentomila chilometri in un solo secondo: un raggio luminoso sarebbe dunque in grado di compiere sette volte il giro della Terra in un solo secondo.
Visto il suo altissimo valore, non è di certo possibile seguire il percorso di un raggio di luce con lo sguardo e si rende anche difficile farlo con dispositivi tecnologici, per quanto oggi sia possibile. Immaginate però di essere uomini di scienza del diciassettesimo secolo e di voler provare a misurare una velocità che vi pare essere infinita… come fare? Un’idea emerse nella seconda metà del 1600: si trattava di sfruttare grandi distanze che la luce può percorrere in tempi tali da essere umanamente apprezzabili e misurabili. Tali distanze si possono trovare solo tra i corpi celesti dispersi nell’immensità del cosmo.
"Romer misurò la velocità della luce sfruttando le eclissi dei satelliti medicei scoperti da Galileo"
Tutto nacque da un’attenta e prolungata osservazione di un fenomeno celeste legato al moto dei quattro satelliti gioviani scoperti da #Galileo Galilei nei mesi invernali del 1609 e intitolati alla famiglia fiorentina De Medici (i satelliti medicei). I moti celesti sono un esempio di grande regolarità, per cui da attente osservazioni, è possibile ricavare i corretti tempi in cui si ripetono sempre uguali a loro stessi; i fenomeni celesti sono dunque degli ottimi orologi naturali. Dopo la prima scoperta di #Galileo, i satelliti medicei sono stati oggetto di lunghe e precise osservazioni che hanno permesso agli astronomi dell’epoca di conoscere i tempi di rivoluzione attorno a #Giove e i momenti in cui i satelliti si eclissano per la presenza del gigante gassoso che si interpone tra noi e loro. Dalla differenza tra il momento in cui si osservano le eclissi in un certo periodo dell’anno e il momento in cui si osservano le stesse eclissi a distanza di circa sei mesi, si nota uno scostamento di alcuni minuti. Il fenomeno si spiega solo supponendo che la luce proveniente dai satelliti abbia una velocità limitata (quindi non infinita) e che impieghi tempi diversi per via della diversa posizione della Terra rispetto a #Giove. In un certo momento dell’anno infatti la Terra può trovarsi in un punto della sua orbita più vicino a #Giove e sei mesi più tardi nel punto opposto dell’orbita e quindi nel punto più distante da #Giove. La luce proveniente dai satelliti deve quindi percorrere distanze diverse e impiega tempi diversi per raggiungerci, a seconda del punto in cui noi osservatori ci collochiamo lungo l’orbita terrestre nel corso dell’anno.
Nel 1676 l’astronomo danese Olaus #Romer, proprio grazie all’osservazione delle eclissi dei satelliti medicei, aveva stimato una differenza di circa 11 minuti, che corrisponde al tempo che la luce impiega a percorrere il diametro dell’orbita terrestre. Da questa stima, #Romer dedusse che la velocità della luce dovesse essere uguale a circa 225 mila chilometri al secondo. Sulla base delle conoscenze attuali, il dato di #Romer risulta sottostimato (in effetti la luce impiega 8 minuti e 20 secondi per percorrere il diametro dell’orbita, cioè la distanza media Terra-Sole) ma si tratta di una buona stima se si tiene conto dei mezzi a disposizione all’epoca.
Quella di #Romer è ricordata come la prima misurazione di una costante fondamentale della fisica. Il fatto è dunque degno di nota e viene giustamente ricordato da una targa di marmo che si trova all’Osservatorio di Parigi, sulla quale si legge:
“L’astronome danois Olaus Romer 1644-1710 a decouvert la vitesse de propagation de la lumière à l’observatoire de Paris en 1676”
(L’astronomo danese Olaus Romer ha scoperto la velocità di propagazione della luce all’osservatorio di Parigi nel 1676)