Valon nopeus

RømerEdit

Ole Christensen Rømer käytti tähtitieteellistä mittausta tehdäkseen ensimmäisen kvantitatiivisen arvion valon nopeudesta. Maasta mitattuna kaukana olevaa planeettaa kiertävien kuiden jaksot ovat lyhyempiä Maan lähestyessä planeettaa kuin Maan etääntyessä siitä. Etäisyys, jonka valo kulkee planeetalta (tai sen kuulta) Maahan, on lyhyempi silloin, kun Maa on kiertoradallaan pisteessä, joka on lähimpänä planeettaa, kuin silloin, kun Maa on kiertoratansa kaukaisimmassa pisteessä, ja etäisyysero on Maan auringon kiertoradan halkaisija. Havaittu muutos kuun kiertoaikajaksossa on itse asiassa ero ajassa, joka valolta kuluu lyhyemmän tai pidemmän matkan kulkemiseen. Rømer havaitsi tämän ilmiön Jupiterin sisimmän kuun Ion kohdalla, ja hän päätteli, että valolla kestää 22 minuuttia ylittää Maan kiertoradan halkaisija.

BradleyEdit

Valon aberraatio: Kaukaisesta lähteestä tuleva valo näyttäytyy liikkuvalle kaukoputkelle eri paikasta valon rajallisen nopeuden vuoksi.

Toisessa menetelmässä käytetään hyväksi valon aberraatiota, jonka löysi ja selvitti James Bradley 1700-luvulla. Tämä ilmiö syntyy kaukaisesta lähteestä (kuten tähdestä) saapuvan valon nopeuden ja sen havaitsijan nopeuden vektorisummasta (ks. kaavio oikealla). Liikkuva havaitsija näkee siis valon tulevan hieman eri suunnasta ja näkee näin ollen lähteen alkuperäisestä sijainnistaan siirtyneenä. Koska Maan nopeuden suunta muuttuu jatkuvasti Maan kiertäessä Aurinkoa, tämä vaikutus aiheuttaa tähtien näennäisen sijainnin siirtymisen. Tähtien sijainnin kulmaeron perusteella voidaan ilmaista valon nopeus maapallon nopeutena auringon ympäri. Kun tiedetään vuoden pituus, tämä voidaan helposti muuntaa ajaksi, joka kuluu Auringosta Maahan. Vuonna 1729 Bradley käytti tätä menetelmää päätelläkseen, että valo kulkee 10 210 kertaa nopeammin kuin Maa kiertoradallaan (nykyään 10 066 kertaa nopeammin) tai että valolta kestäisi 8 minuuttia 12 sekuntia kulkea Auringosta Maahan.

ModernEdit

Nykyään ”valon aika etäisyysyksikköä kohti” – c:n käänteisluku (1/c), joka ilmaistaan sekunteina astronomista yksikköä kohti – mitataan vertailemalla aikaa, jonka radiosignaalit ehtivät eri avaruusaluksiin Aurinkokunnassa. Avaruusalusten sijainti lasketaan Auringon ja eri planeettojen gravitaatiovaikutusten perusteella. Yhdistämällä monia tällaisia mittauksia saadaan parhaiten sopiva arvo valon kuluttamalle ajalle etäisyysyksikköä kohti. Kansainvälisen tähtitieteellisen liiton (IAU) vuonna 2009 hyväksymä paras arvio on:

valoaika etäisyysyksikköä kohti: 499,004783836(10) s c = 0,00200398880410(4) AU/s c = 173,144632674(3) AU/vrk.

Suhteellinen epävarmuus näissä mittauksissa on 0,02 osaa miljardista (2×10-11), mikä vastaa interferometristen pituusmittausten epävarmuutta Maassa. Koska metri määritellään valon tietyssä aikaväliajassa kulkemaksi pituudeksi, voidaan valon ajan mittaaminen yksikkömatkalle tulkita myös AU:n pituuden mittaamiseksi metreinä. Metriä pidetään varsinaisen pituuden yksikkönä, kun taas AU:ta käytetään usein havaitun pituuden yksikkönä tietyssä viitekehyksessä.