299.792 quilômetros por segundo. Você sabe do que estou falando, não é? A velocidade com que os fótons de luz se deslocam no vácuo. Mas você já parou para pensar como foi calculada a velocidade da luz?

Desde a antiguidade, filósofos árabes e gregos tentaram compreender a natureza da luz e especularam sobre sua velocidade. Diversas tentativas para medir essa velocidade foram feitas, só que, sem tecnologia para medir algo tão rápido, a impressão era que a velocidade da luz era infinita.

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Em 1638, Galileu Galilei propôs um experimento simples para medir a velocidade da luz. Ele enviou um assistente com uma lanterna para o alto de um morro a 2 km de distância. Com outra lanterna, Galileu sinalizou para seu assistente que respondeu imediatamente da mesma forma. A diferença de tempo medida por Galileu deveria representar o tempo em que a luz da sua lanterna demorou para chegar até seu assistente somada com o tempo que a luz da lanterna do assistente demorou para chegar até ele. 

Muitas vezes, problemas complexos são resolvidos com soluções simples. Mas naquele caso, os resultados foram inconclusivos. A velocidade da luz é tão rápida que para Galileu medí-la com aquele método, teria que mandar seu assistente para a Lua. A cerca de 400 mil km de distância, a luz da sua lanterna deveria levar pouco mais de um segundo para chegar até a Lua, e mais outro segundo para observar a resposta do seu assistente. 

Experimento de Galileu Galilei para tentar medir a velocidade da luz utilizando lanternas – Ilustração: Marcelo Zurita

Naquela época isso era impossível, mas 300 anos depois, a humanidade enviou um assistente para a Lua: um espelho voltado para a Terra foi deixado pelas missões Apollo na superfície lunar. Só que na época já sabíamos a velocidade da luz, e o espelho é usado até hoje para medir com precisão a distância entre a Terra e a Lua. Agora, a primeira medição da velocidade da luz foi algo completamente ao acaso.

No Século XVII, a humanidade começava a se deslocar em grandes viagens pelo globo. Através dos astros, os navegadores conseguiam determinar facilmente sua latitude, mas para calcular sua longitude, eram necessários relógios precisos, algo que não existia na época. Até que Galileu Galilei encontrou um relógio muito preciso no espaço!

Quando ele apontou seu telescópio pela primeira vez para Júpiter, Galileu percebeu que aquele planeta possuía pequenos corpos em sua órbita. Eram as luas galileanas de Júpiter. Medições feitas por Giovanni Domenico Cassini concluíram que Io, a lua mais interna, completa uma volta em torno do planeta exatamente a cada 42 horas e 30 minutos, e a cada volta, ela é ocultada por Júpiter. Io era o relógio que estávamos precisando, e Galileu sugeriu que poderíamos usar suas ocultações para sincronizar os relógios em todo o globo permitindo que os navegantes pudessem calcular sua longitude com precisão.

Para comprovar a eficácia do método sugerido por Galileu, Cassini idealizou um experimento. Ele em Paris, e Jean Picard na Dinamarca fariam observações precisas das ocultações de Io para calcular a diferença de longitude entre os dois locais. Mas foi Ole Romer, o assistente contratado por Picard que percebeu algo curioso. 

Em vez de ocorrer precisamente nos horários calculados, as ocultações de Io eram registradas mais cedo quando a Terra estava mais próxima de Júpiter e mais tarde quando os dois planetas estavam mais afastados. O que Romer observou? A velocidade da luz!

Io emergindo de trás de Jupiter – Créditos: Avani Soares

Imagine que você pegue dois relógios. Os dois estão sincronizados, mas um deles você afasta até 300 milhões de quilômetros. Essa distância, a luz leva 16 minutos para percorrer, então, mesmo estando sincronizados, enxergaríamos um atraso de 16 minutos no relógio mais afastado. À medida que afastássemos esse relógio, perceberíamos ele cada vez mais atrasado e se aproximássemo, esse atraso iria diminuindo até que os dois relógios marcariam precisamente o mesmo horário, se colocássemos eles lado a lado novamente. 

Romer percebeu que era exatamente isso que estava acontecendo com Io, o relógio astronômico de Galileu. Então ele usou suas medições feitas ao longo de vários meses de observação das ocultações de Io para calcular, pela primeira vez, a velocidade da luz: 220 mil quilômetros por segundo. A medida não foi tão precisa, principalmente porque não sabíamos, naquela época, a distância exata entre a Terra e o Sol. Mas era uma medida muito próxima do valor real e muito superior aos valores especulados na época. Com certeza, não era algo que Galileu poderia medir com suas lanternas.

Desenho feito por Romer para explicar as diferenças de tempo de suas medições. Quando a Terra estava nas posições L e G, as ocultações de Io demoravam um pouco mais para ocorrer e quando estava nas posições K e F, as ocultações demoravam ainda mais, quando comparados aos tempos observados na posição H, quando Júpiter (e Io) estavam mais próximos da Terra – Fonte: wikimedia.org

Atualmente, medições feitas em laboratório já nos entregam um valor muito mais preciso: 299.792,458 quilômetros por segundo. Mas foram os cálculos de Romer que abriram a nossa visão para um Universo em que a luz tem uma velocidade finita. E qual a utilidade disso para a humanidade? 

Só um exemplo: o GPS do seu celular utiliza a velocidade da luz para calcular sua posição no globo. Esse sistema é baseado em uma constelação de satélites que enviam um sinal de horário de alta precisão. Como esses satélites estão em diferentes posições no espaço, e como o sinal viaja na velocidade da luz, eles são recebidos com pequenas diferenças de tempo pelo seu celular. Ele então, usa essas diferenças para calcular as distâncias de cada satélite e, por triangulação, determinar a sua posição no globo. 

Não é interessante? 300 anos depois, e a velocidade da luz, calculada ao acaso por Romer, serve justamente ao propósito daquela pesquisa: nos ajudar a conhecer a nossa localização na superfície da Terra.

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