user: 올레 크리스텐센 뢰머에 대해 설명해 주세요.

gpt: **올레 크리스텐센 뢰머**는 덴마크의 천문학자이다. 빛의 속도가 유한하다고 생각하고, 이를 처음으로 측정하였다. 그는 1672년에 파리 시의 왕립 천문대로 초청되어 그곳에서 목성에 의한 위성의 식을 관찰하였다. 그것들을 통해 빛의 속도는 유한하다고 생각하였고 빛의 속도를 처음으로 측정하였다. 1679년에는 영국을 방문하면서 아이작 뉴턴, 존 플램스티드, 에드먼드 핼리와 같은 유명 인사를 만났고 1710년에 덴마크 코펜하겐에서 사망하였다.

user: 빛의 속도 측정은?

gpt: ## 배경
경도를 측정하는 방법은 지도를 만들 때나 항해를 할 때 매우 중요한 문제였다. 스페인의 필립 3세는 육지가 보이지 않는 바다에서의 경도를 측정하는 방법을 구하는 사람에게 상금을 걸었다. 갈릴레오는 목성 위성들의 식을 이용하여 시간과 경도를 측정하는 방법을 제안했다. 갈릴레오는 이 방법을 스패인 왕실에 제안했는데, 배에서 위성의 식을 관측하기 어렵다는 이유 때문에 실용적이지 못하다는 결과를 들었다. 그러나 이 방법을 조금만 수정하면 육지에서는 좋은 결과를 만들 수 있었다.

이탈리아 천문학자인 조반니 도메니코 카시니는 갈릴레이 위성의 식을 이용하여 경도를 측정하는 방법을 개발했고, 주어진 위치에서 언제 식이 보일지를 예측하는 표를 발표했다. 그는 프랑스의 루이 14세에게 파리 천문대을 창설하라는 부탁을 받았고, 그는 그 곳에서 남은 일생을 바쳤다.

카시니가 파리에서 한 첫 번째 일 중 하나는 프랑스인 장 피카르를 우라니보르그에 있는 티코 브라헤의 옛 실험실로 보낸 것이다. 피카르는 카시니가 파리에서 목성 위성의 식이 일어난 시간을 기록할 동안 우라니보르그에서의 목성의 식을 관찰하고 그 시간을 기록하는 일을 맡았다. 피카르는 식이 끝나는 시간을 우라니보르그에서 오후 9시 43분 54초라고 기록을 했고, 카시니는 파리에서 오후 9시 1분 44초라고 기록을 했다. 두 도시에서 식이 끝난 시간의 차이인 42분 10초를 이용하여 파리와 우라니보르그 사이의 경도가 10° 32’ 30’’이라고 계산했다. 피카르는 관측을 할 때 덴마크인인 올레 뢰머에게 도움을 받았고, 올레 뢰머와 같이 그리니치 천문대에 간 것을 보아 그의 보조 능력을 매우 크게 보았던 것 같다.

## 목성의 위성, 이오의 식
이오는 1610년에 갈릴레오에 의해 발견이 되었고, 4개의 목성의 위성 중 가장 안쪽을 돌고 있는 위성이다. 뢰머와 카시니는 이오를 ‘목성의 첫 번째 위성’이라 불렀다. 이오는 목성을 42시간 반에 한 바퀴를 돌았고, 이오의 공전 궤도는 목성이 태양을 도는 궤도와 매우 가까이 위치한다. 이 때문에 이오는 목성의 그림자에 의해 가려질 때가 있는데, 이것을 ‘식’이라 부른다.

지구에서 바라봤을 때, 이오의 식은 두 가지 방법으로 관측이 가능하다.

 1.Immersion: 이오가 보이다가 안 보일 때, 이오가 목성의 그림자 안으로 들어갈 때
 2.Emergence: 이오가 안 보이다가 보일 때, 이오가 목성의 그림자에서 나올 때

지구에서는 목성이 둘 중 적어도 한 개가 일어나는 것을 가로막기 때문에 동일한 식의 immersion과 emergence를 동시에 볼 수 없다. 충의 위치에서는 둘 다 보지 못한다.

목성이 충의 위치에 있을 때부터 4달이 지난 후부터는 이오의 emergence를 볼 수 있고, 충의 위치에서 4달 전까지는 이오의 immersion을 볼 수 있다. 합의 위치 주변의 5~6달은 목성이 태양과 너무 가까이 있기 때문에 식을 관찰할 수 없다. 지구와 목성이 적절한 위치에 있더라도 지구의 어떠한 지역에서는 이오의 식을 볼 수 없다; 식이 낮에 발생해 보이지 않거나 목성이 지평선 아래로 내려갔을 때 안 보이는 경우를 말한다.

## 이오의 식에 대한 관찰 기록
뢰머가 쓴 논문들은 1728년에 코펜하겐에서 불이 났을 때 대부분 없어져 버렸지만, 1668년부터 1768년까지 발생한 60번의 이오 식의 관측정보를 담은 한 개의 논문은 불타지 않고 남아있었다. 그 논문은 특히 1672년 3월 2일, 1673년 4월 2일에 충의 위치에 있을 때 식에 대한 매우 자세한 내용을 담고 있다. 뢰머는 1677년 9월 30일에 크리스티안 하위헌스에게 보내는 편지에 1671년부터 1673년의 관측자료들이 그의 계산의 기초를 만들었다고 말한다.

불타지 않은 논문은 마지막으로 관찰한 날짜인 1678년 1월 이후에 쓰여졌다. 이는 크리스티안 하위헌스에게 보내는 편지 이후에 쓰여진 것이다. 뢰머는 갈릴레이 위성의 식에 대한 정보를 나중에 다시 기억할 수 있게 기록을 하였는데, 이는 1681년에 다시 덴마크로 돌아가려는 의도가 있다고 생각된다. 그 논문에는 1676년 7월 8일 경 목성이 충의 위치에 있을 때의 자료도 포함한다.

## 첫 발표
1676년 8월 22에 카시니는 파리의 프랑스 과학 아카데미에서 이오의 식의 표에 대한 계산의 기반을 바꿀 수 있다고 발표했다.

가장 중요한 건, 카시니가 1676년 11월 16 이오의 emergence가 이전 방식에 의한 계산 결과보다 10분가량 늦게 관측됐다 발표했던 것이다. 11월 16일 이오의 emergence에 대한 기록은 없지만, emergence는 11월 9일날 관측됐다. 이 실험적 근거를 바탕으로, 뢰머는 11월 22일 프랑스 과학 아카데미에서 그의 새로운 계산 방식을 설명했다.

프랑스 과학 아카데미에서 열렸던 모임에 관한 기록은 없어졌지만, 뢰머의 발표는 ""지식인의 잡지"" 12월 7일 자에 뉴스 보도로 실렸다. 이 익명의 기록은 1677년 7월 25일 런던 왕립 학회 저널에서 영어로 번역되고 출판되었다.

## 뢰머의 추론

### 규모의 비교
뢰머는 빛의 속도는 지구의 지름에 해당하는 거리를 1초보다 훨씬 적은 시간에 지날 수 있을 정도로 빠르다는 규모의 비교 증명으로 추론을 시작한다.

위의 그림에서 점 **L**은목성의 두 번째 구를 나타낸다. 뢰머는 관측자가 이오의 emergence를 두 번째 구에서 볼 수 있고, 이오가 목성 한 바퀴를 도는데 42.5 시간이 걸린다고 가정하였다. 그 42.5 시간 동안, 지구는 **LK** 만큼 목성에서 멀어졌다. : 이는 뢰머에 따르면, 지구의 지름의 210배에 해당하는 거리이다. 만약 빛이 지구의 지름의 거리를 1초에 지나간다면, **LK**를 지나가는 데에는 3.5 분이 걸린다. 그리고 만약 이오가 목성의 궤도를 도는 주기가 'L'에서의 emergence와 'K'에서의 emergence 간의 시간 차로서 쓰였다면, 그 값은 실제 값보다 3.5분 길 것이다.

그 후 뢰머는 똑같은 논리를 첫 번째 구에도 응용하였다. 점**F**에서의 immersion과 점**G**에서의 그 다음 immersion 사이의 시간차는 실제 이오의 주기보다 3.5 분 짧아야만 한다. 따라서, 첫 번째 구에서 측정된 이오의 주기와 두 번째 구에서의 그것은 7분의 차이가 있어야 한다. 실제론 시간 차가 없었기에, 뢰머는 빛의 속도가 '지구 지름/1초'보다 훨씬 크다고 결론내렸다.

### 누적 효과
하지만 뢰머는 빛의 유한한 속도의 영향이 많은 관측들을 통해 늘어날 것 또한 깨달았고, 이것이 그가 파리의 프랑스 과학 아카데미에서 발표한 누적 효과이다. 이 효과는 뢰머의 1672년 봄의 관측에서 나타난다.
목성은 1672년 3월 2일에 충이었다. 3월 7일 과 3월 14일 에 첫 번째 emergence 관측이 이루어졌다. 두 관측 사이에, 이오는 목성을 4바퀴 돌았고, 42시간 28분 31.25초가 주기임을 알게 해주었다.

마지막 emergence는 4월 29일 에 관측되었다. 이때, 이오는 목성을 30바퀴 돌았다. 이때 나타나는 공전 주기는 42시간 29분 3초이다. 계산된 두 주기 사이에는 겨우 32초의 차이밖에 없다고 생각할 수 있지만, 이 차이는 4월 29일의 emergence가 예측된 것 보다 15분 늦게 나타났다는 것, 혹은 3월 7일과 3월 14일 사이 관측 사이에 2분의 오차가 있었음을 의미한다.

### 예측
뢰머는 자신의 방법을 공식적으로 서술한 적이 없는데, 그 이유는 아마도 카시니와 피카드의 반대때문일 것이다. 하지만 그의 계산은 '지식인의 잡지의 뉴스보도와 1676년 8월 22일 카시니의 발표로 알 수 있다.
카시니는 새 표들이

발표했다.
따라서 카시니와 뢰머는 식의 시간을 계산할 때 궤도를 원으로 근사하고, 그 후에 세 번의 정정을 통해 시간을 계산했다.

이 세 가지의 "차이"는 계산을 통해 정정될 수 있다. 그 예로, 이오의 주기는 유로파과 가니메데와의 궤도 공명으로 인해 불규칙해진다.

## 뢰머와 빛의 속도
뢰머는 여러 번의 시행 착오와 여러 관측 결과를 이용하여 빛의 속도를 약 212,000km/s로 계산하였다. 현재의 빛의 속도 측정값인 2.997925*10^8 m/s와 비교하였을 때 큰 오차를 가지나 최초로 빛의 속도를 정밀한 방법으로 계산하였다는 데 큰 의의를 가진다.