כך סייע ירחו של צדק למדוד את מהירות האור

כוכב הלכת צדק נראה בשיא בהירותו בימים אלו. איך תמצאו אותו בשמיים, מה תוכלו לראות עליו ובסביבתו אפילו בעזרת משקפת, וכיצד ירחיו של צדק סייעו לאסטרונום מדנמרק לגלות את מהירות האור?

כתב: משה גלנץ

בחודשי הקיץ הקרובים יהיה קשה שלא לשים לב לכוכב בוהק במיוחד בצבע צהוב-לבן במרכז השמיים. זהו כוכב הלכת צדק. בחודשים הקרובים (יולי-דצמבר 2021), צדק ייראה במיטבו.

צדק הוא מהבהירים שבכוכבי השמיים. בשל גודלו העצום של ענק הגז (נפחו יכול להכיל 1,300 כדורי ארץ) הוא נראה היטב. למעשה צדק הוא גרם השמים הבהיר ביותר בשמי הלילה בתקופה זו (למעט נוגה שנראה בשעות הערב המוקדמות בכיוון מערב).

'צדק' וירחו 'איו' - אחד מארבעת ירחיו הגליליאנים.

ככלל, התקופה הטובה ביותר לצפות בכוכב הלכת צדק הוא כאשר כדור הארץ נמצא בינו לבין השמש, אז מרחקו מכדור הארץ הוא המרחק הקטן ביותר - 630 מיליון קילומטרים בקירוב. תקופה זו קרויה "ניגוד". כיוון שכך, גודלו הזוויתי של צדק ובהירותו יהיו הגדולים ביותר.

כאשר כוכב לכת בניגוד לשמש, אזי הוא זורח בעת שקיעתה ושוקע בעת זריחתה ולכן הוא מצוי ברום מסלולו בסביבות חצות הלילה ונראה במשך כל הלילה. פרק הזמן בין ניגוד לניגוד של כוכב הלכת צדק הוא כ-399 ימים. לכדור הארץ לוקח להקיף את השמש 365.25 ימים. לצדק כ-12 שנים. לכן המפגש הפלנטרי יתרחש בכל 13 חודשים לערך.

מה אפשר לראות בכוכב הלכת צדק?

גודלו הזוויתי הגדול של צדק מאפשר לראות עליו פרטים ותופעות גם באמצעות טלסקופ קטן. בעזרת טלסקופ ואפילו באמצעות משקפת שדה, ניתן להבחין בארבעת ירחיו הגלילאנים המקיפים אותו - מראה משובב נפש. הירחים נקראים כך, כיוון שגליליאו גלילי, היה הראשון שגילה אותם בשנת 1610 עם הטלסקופ שבנה.

ירחיו של צדק זכו לשמות משלהם: 'איו', 'אירופה' ו'קליסטו' - על שם בנות הלוויה או נשותיו של אבי האלים 'זאוס' מהמיתולוגיה היוונית. ירחו הגדול ביותר 'גנימד' (הירח הגדול במערכת השמש) קרוי על דמותו של גנימדס - בנו של טרוס מלך טרויה, אף הוא מהמיתולוגיה היוונית.

מאז נתגלו עוד 75 ירחים קטנים המקיפים את צדק שכמעט - עד בלתי אפשרי לראותם עם טלסקופים מכדור הארץ בגלל גודלם המזערי. גם פני הכוכב עצמו מעניינים מאוד לצפייה. בעזרת טלסקופ תוכלו להבחין ב-2 חגורות עננים כהים משני צידי הקו המשווה שלו. ניתן גם לראות את "הכתם האדום הגדול" - סערה שגדולה מכדור הארץ - בתוך חגורת העננים הדרומית, כאשר הכתם נמצא בצידו המופנה אל כדור הארץ.

כך צדק וירחיו עזרו לקבוע את מהירות האור

אם תבצעו תצפית על צדק למשך מספר ימים עוקבים, תוכלו להבחין בקלות שהירחים נראים כמשנים את מיקומם ביחס אליו, אך תמיד בסביבתו. ההקפה של ירחי צדק סביבו הביאה לגלילאו את ההוכחה כי קיימים עוד מרכזים ביקום, ולכן אין סיבה שכדור הארץ יהיה מרכז היקום.

אך ענק הגז שבמערכת השמש לא רק עזר לגלילאו להוכיח את המודל ההליוצנטרי. בזכות איו - אחד מירחיו של צדק, הצליח האסטרונום הדני אולה כריסטיאנסן רמר (Ole Rømer) לקבוע בפעם הראשונה, כי מהירות האור היא סופית ולכן האור הנראה מהכוכבים בזמן הווה, הוא בעצם מידע כיצד הכוכבים היה נראים בעבר - בהתאם למרחקם מאיתנו.

הראשון שניסה למדוד את מהירות האור היה גלילאו. הוא לא הצליח בכך. ניסוייו התקיימו על פני מרחקים ביבשה - כלומר מרחק קטן מדי למדידת מהירות כה גדולה. גם השיטות שעמדו לרשותו היו גולמיות מכדי לאפשר למדוד במדויק את מהירות האור.

הניסוי התנהל באופן הבא: גלילאו ועוזרו עמדו במרחק קצר זה מזה כשהם אוחזים עששיות מכוסות, ששימשו כפנסים. כאשר גלילאו הזיז את הכיסוי וחשף את האור לעיניו של עוזרו, היה על העוזר להזיז את הכיסוי של העששית שלו. כעת גלילאו היה צריך להעריך את הזמן שעבר מהרגע שהוא הזיז את הכיסוי של העששית שלו עד שהוא ראה את אור העששית של חברו. זה הזמן שלוקח לאור לנוע מגלילאו לעוזר ובחזרה.

לאחר מכן, העוזר הזריז היה צריך לרוץ לגבעה מרחקת והם ביצעו שוב את הניסוי. גלילאו קיווה למדוד את מהירות האור בעזרת מדידת משך הזמן שלוקח לאור לנוע הלוך וחזור לאורך מספר קילומטרים, כי הרי מהירות היא מרחק חלקי זמן.

כיום אנו יודעים כי מהירות האור קרובה ל-300 אלף קילומטרים בשנייה (מהירות האור בריק היא 299,792,458 מטרים בשנייה - נתון המשמש בסיס לחישוב מרחקים בחלל בשנות אור). גלילאו התקשה להבחין בין מהירות זו למהירות אינסופית בשל קנה המידה הקטן שבו השתמש.

מה קורה לאיו - ירחו של צדק?

שנתיים אחרי מותו של גלילאו, צפה האסטרונום האיטלקי ג'ובאני דומניקו קאסיני בירחיו של צדק (בין השנים 1666-1668) ומצא אי-התאמות במדידות בזמן ההקפה שלהם סביב צדק.

עוזרו, האסטרונום אולה רמר הוסיף את תצפיותיו לאלה של קאסיני, והבחין בכך שהזמנים בין הליקויים (בעיקר אלה של איו) נעשו קצרים יותר ככל שכדור הארץ התקרב לצדק, וארוכים יותר ככל שכדור הארץ התרחק. "כפי הנראה הסטייה נגרמה מפני שלאור לקח זמן מה כדי להגיע אלינו מהירח של צדק", כתב קאסיני במאמר שפרסם ב-1675. אך באופן מוזר, קאסיני החליט לנטוש את מחקרו. עוזרו רמר החליט לקחת את נתוני התצפיות שכבר נעשו, הוסיף עליהם את תצפיותיו שלו וניסה לקבוע אחת ולתמיד מה גורם לזמני הליקויים להשתנות והאם יש דרך לדעת בעזרת התופעה מהי מהירות האור.

איו - ירחו של צדק מסיים הקפה אחת סביב צדק בכל 42.5 שעות. זאת אומרת שבכל 42.5 שעות בדיוק אמורים לראות את איו מגיח שוב מאחורי צדק או לחילופין מוסתר בצילו של הכוכב, אך "איו" התנהג מוזר.

רמר שם-לב שלאורך השנה מתפתח פער של זמן - ההולך וגדל - בין התחזית שלו לבין היעלמותו בפועל של איו בצילו של צדק, עד לפער של 17 דקות. לאחר מכן הוא הולך ומצטמצם בחזרה, עד שהתחזיות חוזרות להיות מדויקות וחוזר חלילה. די מהר רמר הבין את הקשר שבין דיוק התחזיות שלו למרחקו של צדק מכדור-הארץ.

ההתקבצות של צדק ושבתאי שהתרחשה ב-21.12.20. השניים נראו בשמיים כמעט כמו כוכב אחד.

כאשר כוכב הלכת צדק נמצא בשיא קרבתו לכדור הארץ, מרחקו הוא כ-630 מיליון קילומטרים. חצי שנה לאחר מכן כאשר כדור הארץ מגיע לצידה השני של השמש, צדק במרחק של קרוב למיליארד קילומטרים - פער של כ-300 מיליון קילומטרים. ולכן פרק הזמן שייקח לאור לחלוף מרחק גדול יותר, יביא לכך שהליקוי יופיע מאוחר יותר.

כך הבין רמר והוכיח שלא זו בלבד שלאור יש מהירות סופית. מהאומדן שעלה מהתצפיות של רמר מהירות האור היא כ-225 אלף קילומטרים לשנייה, וזה היה די טוב בהתחשב בשיטה. הווי אומר שהאור המוחזר מפני צדק הוא אור שנע בחלל למעלה כ-40 דקות עד שהגיע לעינינו. את החישוב עצמו עשה כריסטיאן הויגנס - אסטרונום מפורסם אחר שגילה את טיטאן - ירחו הגדול של כוכב הלכת שבתאי.

בהמשך יגיעו פיזיקאים ואסטרונומים שידייקו את התוצאה למהירות שאנחנו מכירים היום - כ-300,000 קילומטרים בשנייה. אך אנקדוטה מעניינת. קביעתו של רמר שמהירות האור אינה אינסופית, לא נתקבלה עד למדידות שנערכו על ידי ג'יימס ברדלי (Bradley) בשנת 1727 - כ-50 שנים אחרי מדידותיו של האסטרונום שהצליח כנראה לראות מהר מכולם.

הכתבה התפרסמה לראשונה באתר ynet. לקריאה הקליקו כאן