Những con số làm nên vũ trụ - Phần 8

Các vệ tinh của Mộc tinh

Phát minh ra kính thiên văn thường được gắn liền với tên tuổi của nhà chế tạo kính người Hà Lan Hans Lippershey, người đã đăng kí bằng sáng chế cho dụng cụ trên và biến nó thành sản phẩm thương mại vào năm 1608. Được sử dụng nhiều nhất là bởi các thương gia, họ sẽ quét ống kính qua đại dương xa để xem họ có thấy những con tàu đang đến không. Vào ngày 7 tháng 1 năm 1610, Galileo đã hướng một chiếc kính thiên văn về phía sao Mộc, và quan sát thấy “ba ngôi sao cố định, hoàn toàn không nhìn thấy vì kích cỡ nhỏ” ở gần Mộc tinh và cộng tuyến với nó. Những quan sát sau đó cho thấy những vật thể này đang chuyển động theo kiểu cho thấy chúng thật ra không phải là những ngôi sao. Vào ngày 10 tháng 1, ông để ý thấy một trong các “ngôi sao” đã biến mất, và ông lí giải chính xác là nó đã di chuyển sang một vị trí mà Mộc tinh chặn mất ánh sáng của nó. Trong vòng một vài ngày, ông đã đi đến kết luận rằng những “ngôi sao” đó thật ra đang quay xung quanh Mộc tinh.

Khám phá mang tính cách mạng này đã làm chấn động thế giới, vì nếu có những thiên thể quay xung quanh một vật thể khác ngoài Trái đất ra, thì hành tinh của chúng ta không thể là trung tâm của vũ trụ như tư tưởng thần học thống trị của thời kì ấy đòi hỏi. Khám phá đình đám này đã đưa Galileo vào cảnh đối đầu trực tiếp với Giáo hội Thiên chúa. Có lẽ đó là một số đo của sự tiến bộ khi mà những lí thuyết khoa học dị giáo mang đến những hệ quả ngày một đỡ gay gắt hơn khi thời gian trôi qua – Giordano Bruno bị thiêu sống trên giàn thiêu vào năm 1600 vì chủ trương một lí thuyết vũ trụ trong đó Mặt trời chỉ là một trong vô số ngôi sao, trong khi Galileo chỉ bị quản thúc tại nhà vào năm 1633, còn John Thomas Scopes chỉ phải nộp phạt 100 đô la vào năm 1925 vì “dám” dạy sự tiến hóa trong một lớp học ở Tennessee.

Khám phá của Galileo về các vệ tinh của Mộc tinh cũng mang lại cho Ole Rømer, một nhà thiên văn học người Đan Mạch, một cách ước tính tốc độ ánh sáng. Nhà khoa học người Italy Giovanni Cassini đã thực hiện các quan sát sự che khuất của các vệ tinh sao Mộc, và để ý thấy khoảng thời gian giữa những lần che khuất có thay đổi, nó ngắn đi khi khoảng cách Trái đất và Mộc tinh giảm, vài dài ra khi khoảng cách đó tăng lên. Cassini đã đi tới kết luận rằng đây là do ánh sáng phải mất thời gian lâu hơn để đi đến Trái đất từ một khoảng cách lớn hơn, và ông đã công bố kết luận này vào năm 1676 trước một cuộc họp của Viện Hàn lâm Khoa học Pháp. Ông kết luận rằng ánh sáng mất từ 10 đến 11 phút để đi qua khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời. Lúc ấy, khoảng cách này đã được xác định khá hợp lí, và sử dụng 10 ½ phút cho thời gian ánh sáng truyền qua khoảng cách này mang lại một giá trị cho tốc độ ánh sáng là 93 000 000 dặm / (60 × 10 ½) giây, hay khoảng 147 000 dặm trên giây (bằng khoảng 80% giá trị thực tế mà chúng ta biết ngày nay). Đây có vẻ như một kết quả bị đánh mất đối với Cassini, vì ông đã chuyển sự chú ý của mình sang những vấn đề khác. Rømer đã thực hiện một loạt quan sát sự khe chuất của vệ tinh Io kéo dài tám năm, và đã công bố các quan sát của ông. Giống hệt như tốc độ ánh sáng.

Ước tính của Rømer được cải thiện thêm phần nào bởi James Bradley, một nhà thiên văn học người Anh, chừng 50 năm sau đó. Bradley dựa trên những phép đo thiên văn mà Rømer có, nhưng một đột phá khái niệm đã cho phép ông làm công việc đó tốt hơn. Một ngày nọ, trong khi đi trên thuyền, Bradley nhìn thấy lá cờ vẫy phần phật trên cột cờ. Cho dù ông lái tàu như thế nào, lá cờ vẫn vẫy theo hướng cũ vì gió làm nó vẫy. Thế là Bradley nghĩ ánh sáng tác dụng giống như gió, còn Trái đất chuyển động thì giống như con thuyền. Ý nghĩ này đã mang đến cho Bradley một ước tính tốt hơn cho thời gian để ánh sáng đi từ Mặt trời đến Trái đất, và hệ quả là một giá trị tốt hơn cho tốc độ ánh sáng – đặc biệt, ông nghĩ ánh sáng mất 8,2 phút để đi từ Mặt trời tới hành tinh của chúng ta, nhanh hơn 1,2% so với giá trị thực tế. Mất thêm một thế kỉ nữa thì công nghệ mới cải tiến đến chỗ mang kĩ thuật đo tốc độ ánh sáng xuống với mặt đất.

Những con số làm nên vũ trụ