オーレ・レーマー

オーレ・クリステンセン・レーマー（デンマーク語: [ ˈoːlə ˈʁœˀmɐ ]、1644年9月25日 - 1710年9月19日）は、デンマークの天文学者で、1676年に光が有限の速度で伝わることを初めて実証した。レーマーはまた、水の沸点と凝固点という2つの固定点間の温度を示す現代の温度計を発明した。

レーマーは、パリ王立天文台で木星の衛星イオを研究していた際に、光速に関する発見をした。彼は、光が太陽から地球に到達するのに約11分かかると推定した。

今日の太陽地球間距離の知識を用いると、これは光速が毎秒約22万キロメートルに相当し、^{[ 1 ]}今日受け入れられている毎秒30万キロメートル弱という値と比べると、かなり低い値である。光の速度は有限であるというレーマーの見解は、 1727年にジェームズ・ブラッドリーがいわゆる光行差の測定を行うまで、完全には受け入れられていなかった。

科学文献では、「Roemer」、「Römer」、「Romer」などの綴りの違いがよく見られる。

オーレ・ローマーは、1644年9月25日にオーフスで、商人であり船長のクリステン・ペダーセン（1663年没）と、裕福な市会議員の娘であるアンナ・オルフスダッター・ストーム（ 1610年頃- 1690年）の間に生まれた。^{[ 2 ]} 1642年以来、クリステン・ペダーセンは、他の数人のクリステン・ペダーセンという人物と区別するために、デンマークのロモ島出身であることを意味するローマーという名前を使うようになった。 ^{[ 3 ]}オーレ・ローマーが旧オーフス大聖堂学校（オーフス大聖堂学校）を卒業し、^{[ 4 ] [ 5 ]}コペンハーゲンに移り、コペンハーゲン大学に入学した1662年以前の記録はほとんどない。

大学での彼の指導者はラスムス・バルトリンの家で、彼は1668年にアイスランドのスパー（鉱物カルサイトの透明な形態）による光線の複屈折の発見を発表した。当時、レーマーはバルトリンの家に住んでいた。バルトリンはティコ・ブラーエの天体観測を出版用に準備する任務を与えられていたため、レーマーはティコ・ブラーエの天体観測を利用して数学と天文学を学ぶあらゆる機会を与えられた。^{[ 6 ]}

レーマーはフランス政府に雇われており、ルイ14世は彼を王太子の家庭教師に任命し、彼はヴェルサイユ宮殿の壮麗な噴水の建設にも携わった。

1681年、レーマーはデンマークに戻り、コペンハーゲン大学の天文学教授に任命された。同年、ラスムス・バルトリンの娘、アンネ・マリー・バルトリンと結婚した。彼はまた、ルンデターンにある大学天文台と自宅の両方で、自ら改良した観測機器を用いて観測活動を行った。残念ながら、彼の観測記録は残っていない。 1728年のコペンハーゲン大火で焼失してしまったのだ。しかし、かつての助手（後に自身も天文学者となった）ペーダー・ホレボウが、レーマーの観測を忠実に記録し、書き残した。

レーマーは王室数学者として、1683年5月1日にデンマークで最初の国家的な度量衡制度を導入した。^{[ 7 ] [ 8 ]}当初はラインフィートに基づいていたが、1698年に、より正確な国家標準が採用された。 ^{[ 9 ]}長さと体積用に作られた標準の後の測定では、非常に高い精度が示された。彼の目標は、振り子を使用して天文定数に基づく定義を達成することであった。これは、当時は実用上の問題から精度が低すぎたため、彼の死後に実現した。注目すべきは、 24,000デンマークフィート（約7,532メートル）の新しいデンマークマイル の定義である。^{[ 10 ]}

1700年、レーマーは国王を説得してデンマークとノルウェーにグレゴリオ暦を導入させた。これは、100年前にティコ・ブラーエが主張して無駄に終わったことだった。 ^{[ 11 ]} 

レーマーは骨折の療養中に温度目盛を開発した。 ^{[ 12 ]} 1708年にレーマーを訪ねた後、ダニエル・ガブリエル・ファーレンハイトはレーマーの目盛を改良したバージョンを使って温度計を作り始め、それが最終的に米国や他のいくつかの国で今でも人気のある華氏目盛へと発展した。 ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

ローマーはまた、デンマークのいくつかの都市に航海学校を設立した。^{[ 16 ]}

1705年、レーマーはコペンハーゲン警察の第2代署長に就任し、1710年に亡くなるまでその職を務めた。^{[ 17 ]}就任後最初に行ったことの一つとして、士気が著しく低いと確信し、警察隊員全員を解雇した。彼はコペンハーゲンで最初の街灯（石油ランプ）を発明し、コペンハーゲンの物乞い、貧困者、失業者、売春婦を取り締まるために尽力した。^{[ 18 ] [ 19 ]}

コペンハーゲンでは、レーマーは新築住宅の建設に関する規則を定め、市の水道と下水道を復旧させ、市の消防署に新しくてより良い装備が行き渡るようにし、街路や広場の新しい舗装の計画と建設の原動力となった。^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

レーマーは1710年に65歳で亡くなった。彼はコペンハーゲン大聖堂に埋葬されたが、大聖堂はコペンハーゲンの戦い（1807年）で破壊された後、再建された。現在は近代的な記念碑が建てられている。^{[ 23 ]}

経度の測定は、地図作成や航海において重要な実用上の問題である。スペインのフェリペ3世は、陸地が見えない船の経度を測定する方法に賞を与え、ガリレオは木星の衛星の食の時刻に基づいて時刻、ひいては経度を決定する方法を提案した。この方法は、18世紀に高精度な機械式時計が開発されるまで、大きく改善されることはなかった。ガリレオはこの方法をスペイン王室に提案したが（1616～1617年）、ガリレオの時刻表の不正確さと船上での食の観測の難しさから、実用的ではないことが判明した。しかし、改良を重ねることで、この方法は陸上でも適用できるようになった。

コペンハーゲンでの研究の後、レーマーは1671年にジャン・ピカールとともに、コペンハーゲン近郊のヴェン島にあるティコ・ブラーエの天文台ウラニボルグの跡地で、数ヶ月にわたり木星の衛星イオの約140回の食を観測した。一方、パリではジョヴァンニ・ドメニコ・カッシーニが同じ食を観測していた。食の時刻を比較することで、パリとウラニボルグの経度の差が計算された。

カッシーニは1666年から1668年にかけて木星の衛星を観測し、測定値に矛盾があることを発見した。当初、彼はそれを光の速度が有限であることに起因するものと考えた。1672年、レーマーはパリに行き、カッシーニの助手として木星の衛星の観測を続けた。レーマーはカッシーニの観測結果に自身の観測結果を加え、食の間隔（特にイオの食）は地球が木星に近づくにつれて短くなり、地球が木星から遠ざかるにつれて長くなることを観測した。カッシーニは1676年8月22日、科学アカデミーで発表を行った。

この2番目の不等式は、衛星から光が地球に届くまでに時間がかかるためであると思われる。光が地球軌道の直径の半分に相当する距離を横断するのに約10分から11分かかるようだ。^{[ 24 ]}

カッシーニはこの推論を追求しなかったが、レーマーはこれを採用し、1671年から1677年の間にピカールと自身が行ったいくつかの観測を用いて、その考えを証明しようと試みた。レーマーはフランス科学アカデミーに結果を発表し、その後すぐに匿名の記者が短い論文「科学アカデミーのレーマー氏によって発見された光の運動に関する証明」で要約し、1676年12月7日に『 Journal des sçavans』に掲載された。^{[ 25 ]}記者は難解な表現を用いたため、その過程でレーマーの推論は不明瞭になった。レーマー自身は結果を公表しなかった。^{[ 26 ]}

ローマーの推論は次のとおりである。図を参照すると、地球が点Lにあり、イオが点Dで木星の影から現れると仮定する。イオが数周回した後、1周あたり 42.5 時間で、地球は点Kにある。光が瞬時に伝播しない場合、 Kに到達するのにかかる追加の時間(彼は約 3.5 分と見積もった) が、観測された遅延を説明する。ローマーは、食 (イオがCからDまで木星の影になる) や掩蔽(イオがさまざまな角度で木星の後ろに隠れる)との混同を避けるため、位置FとGから点Cでの沈み込みを観測した。下の表には、1676 年の彼の観測結果が示されており、8 月 7 日の観測 (衝点Hで行われたと考えられている) [ ^{27 ]}と、11 月 9 日にパリ天文台で10 分遅れて観測された観測^{[ 28 ]が含まれている。}

試行錯誤を重ね、8年間の観測を通して、レーマーはイオの天体暦を計算する際に光の有限速度をどのように考慮するかを解明した。彼は、木星に対する地球の位置に対応する角度の比率として遅延を計算した。Δt = 22 ·( α ⁄ 180° ) [分] 。角度αが180°の場合、遅延は22分となり、これは光が地球の軌道の直径HからEまでの距離を横切るのに必要な時間である。^{[ 28 ]} （実際には、木星は合点Eからは見えない。）このように遅延を解釈することで、レーマーの観測の厳密な結果を計算することが可能となる。それは、光速と地球が太陽の周りを公転する速度の比であり、1年の継続時間をπで割った値を22分で割った値である。  

365・24・60 ⁄ π・22 ≈ 7,600。

それに比べて、現代の値は約299,792 km s ⁻¹ ⁄ 29.8 km s ⁻¹ ≈ 10,100 である。^{[ 29 ]}    

レーマーはこの比率を計算しておらず、光速の値も示していません。しかし、彼のデータから光速を計算した人は多く、最初に計算したのはクリスティアーン・ホイヘンスです。レーマーと連絡を取り、より多くのデータを引き出した後、ホイヘンスは光が1秒間に地球の直径の16 + 2/3を進むと推論しました^{[ 30 ]}。これは約212,000 km/sです。 

1809年、天文学者のジャン・バティスト・ジョゼフ・ドランブルは、再びイオの観測を利用しましたが、今回は1世紀以上にわたる精度の高い観測の成果を活かし、太陽から地球まで光が到達する時間を8分12秒と報告しました。天文単位の値によって、この値から光速は毎秒30万キロメートル強となります。現代の値は8分19秒で、光速は 毎秒2億9979万2458メートルです。

コペンハーゲンで最初の街灯を発明したことに加えて、^{[ 31 ] [ 32 ]}レーマーは子午線、^{[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}経緯度、^{[ 36 ] [ 37 ]}および通過計（子午線の一種で、水平軸が東西方向に固定されていない）^{[ 38 ] [ 39 ]}も発明した。

オーレ・レーマー・メダルは、デンマーク自然科学研究評議会によって毎年、優れた研究に対して授与される。^{[ 40 ]}

オーレ・レーマー博物館は、デンマークのホイエ＝ターストルップ市にあり、^{[ 41 ]}ヴリズロセマグレにあるレーマーの天文台オブセルヴァトリウム・トゥスクラヌムの発掘現場に位置しています。^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]}天文台は1704年に開設され、1716年頃まで稼働していましたが、その後、残りの機器はコペンハーゲンのルンデトールンに移されました。^{[ 45 ]}博物館には、古代から比較的新しい天文機器の大規模なコレクションが展示されています。^{[ 46 ]}博物館は1979年に開館し、2002年からは同じ場所にある博物館クロッペダルの一部となっています。 ^{[ 47 ] [ 48 ] [ 49 ]}

デンマークでは、レーマーは時代を超えてさまざまな形で称えられてきました。紙幣に肖像が描かれ^{[ 50 ]} 、同名のオーレ・レーマーの丘が彼の名にちなんで名付けられ^{[ 51 ]}、オーフスとコペンハーゲンの通り（それぞれオーレ・レーマー通りとレーマース通り）も彼の名にちなんで名付けられています^{[ 52 ] [ 53 ]} 。オーフス大学の天文台は、彼の名誉を称えてオーレ・レーマー天文台（オーレ・レーマー天文台）と名付けられ、特定の恒星の年齢、温度、物理的および化学的状態を測定することを目的としたデンマークの衛星プロジェクトは、レーマー衛星と名付けられました。しかし、この衛星プロジェクトは2002年に頓挫し、実現することはありませんでした^{[ 54 ] [ 55 ] 。}

月面のレーマー・クレーターは彼の名にちなんで名付けられた。^{[ 56 ]}

• MacKay, R. Jock; Oldford, R. Wayne (2000). "科学的方法、統計的方法、および光速" . Statistical Science . 15 (3): 254– 278. doi : 10.1214/ss/1009212817 .（主にAAミケルソンについてだが、レーマーなどの先駆者についても言及している。）
• アクセル V. ニールセン (1944)。Ole Romer、en Skildring af hans Liv og Gerning (デンマーク語)。ノルディスクのフォルラグ。

ウィキメディア・コモンズにあるオーレ・レーマー関連のメディア

• レーマー、オーレ・クリステンセン（ガリレオ・プロジェクト所属）
• Démonstration touchant le mouvement de la lumière (光の速度に関する 1676 年の論文、古フランス語、通常のテキスト)
• レーマーとドップラー原理。(Rømer の結果の詳細)
• (デンマーク語) Fysikeren Ole Rømer (デンマーク語)
• クロップペダル博物館
• オーレ・レーマーによる50デンマーククローネ紙幣（ 2018年8月3日、ウェイバックマシンにアーカイブ済み）