木星的一顆衛(wèi)星，幫助人類首次證實(shí)光速并不是無限的

幾百年前，人們對(duì)光的傳播速度存在著兩種截然不同的觀點(diǎn)。有人認(rèn)為，光速應(yīng)該是無限的，其在空間中不需要時(shí)間來傳播，無論多么遙遠(yuǎn)的距離，光都會(huì)在一瞬間到達(dá)，也有人認(rèn)為，光速應(yīng)該是有限的，只不過由于光的傳播速度非?？欤覀儾耪`以為光速是無限的。

這兩種觀點(diǎn)爭(zhēng)論了很長一段時(shí)間，直到1676年才有了可以確定的結(jié)果，因?yàn)樵谶@一年里，木星的一顆衛(wèi)星，幫助人類首次證實(shí)光速并不是無限的。

這顆衛(wèi)星就是木衛(wèi)一，它是已知太陽系中的第四大衛(wèi)星，其直徑約為3642公里（比月球還要大），早在1610年，伽利略就通過望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了它的存在。

在后續(xù)的觀測(cè)中，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)木衛(wèi)一運(yùn)行到一個(gè)特定位置時(shí)，它就會(huì)“突然消失”，等一段時(shí)間之后，它又會(huì)在另一個(gè)位置“突然出現(xiàn)”。

這種現(xiàn)象被稱為“木衛(wèi)一蝕”，其原理簡單來講就是，木衛(wèi)一本身并不會(huì)發(fā)光，我們看到它在發(fā)光，其實(shí)是它反射了太陽光，而龐大的木星則會(huì)遮擋陽光，進(jìn)而形成一片頗具規(guī)模的陰影區(qū)。

由于木衛(wèi)一繞木星運(yùn)行的軌道平面與木星繞太陽的公轉(zhuǎn)軌道平面基本重合，因此地球上的我們就可以看到，木衛(wèi)一會(huì)在其運(yùn)行過程中周期性地進(jìn)入這個(gè)陰影區(qū)，一旦它進(jìn)入了陰影區(qū)，就會(huì)“突然消失”，而當(dāng)它從陰影區(qū)“鉆”出來時(shí)，就會(huì)“突然出現(xiàn)”。

17世紀(jì)70年代，丹麥天文學(xué)家羅默正在巴黎天文臺(tái)工作，他的主要任務(wù)就是精準(zhǔn)地編制“木衛(wèi)一蝕”出現(xiàn)的時(shí)間表，因?yàn)樵诋?dāng)時(shí)，這種現(xiàn)象對(duì)人們?cè)诤Ｉ虾叫袝r(shí)精確定位經(jīng)度大有用處。

在經(jīng)過長時(shí)間的觀測(cè)和記錄后，羅默注意到了一個(gè)現(xiàn)象：當(dāng)“木衛(wèi)一蝕”發(fā)生時(shí)，其“消失”和“出現(xiàn)”之間的時(shí)間間隔并不是固定的，而是在變化。

羅默發(fā)現(xiàn)，這種變化非常有規(guī)律，具體表現(xiàn)為，當(dāng)“木衛(wèi)一蝕”發(fā)生時(shí)，如果地球在其公轉(zhuǎn)軌道上遠(yuǎn)離木星，木衛(wèi)一“消失”和“出現(xiàn)”之間的時(shí)間間隔總是會(huì)變長一點(diǎn)，反之則會(huì)變短一點(diǎn)。

對(duì)此，羅默于1676年給出了一個(gè)觀點(diǎn)，他認(rèn)為，作為木星的一顆穩(wěn)定的衛(wèi)星，木衛(wèi)一圍繞木星運(yùn)行的周期是固定的（大約42.5小時(shí)），如果說光速無限，那么地球相對(duì)于木星的距離變化，就不可能改變木衛(wèi)一“消失”和“出現(xiàn)”之間的時(shí)間間隔。

但我們實(shí)際觀測(cè)到的卻并非如此，這就證明了，木衛(wèi)一發(fā)出的光并不會(huì)在一瞬間就抵達(dá)地球，而是需要時(shí)間來傳播，而這也就意味著，光速并不是無限的。

在這樣的情況下，當(dāng)木衛(wèi)一進(jìn)入木星的陰影區(qū)“消失”時(shí)，如果地球在遠(yuǎn)離木星，那么到木衛(wèi)一從陰影區(qū)中“鉆”出來的時(shí)候，地球就會(huì)距離木星更遠(yuǎn)一些，如此一來，木衛(wèi)一發(fā)出的光就需要多花一點(diǎn)時(shí)間才能抵達(dá)地球，這就造成了木衛(wèi)一“消失”和“出現(xiàn)”之間的時(shí)間間隔就會(huì)變長一點(diǎn)。

反過來講，當(dāng)木衛(wèi)一進(jìn)入木星的陰影區(qū)“消失”時(shí)，如果地球在接近木星，那么這個(gè)時(shí)間間隔就會(huì)變短一點(diǎn)。

盡管羅默的觀點(diǎn)提出后受到了不少的質(zhì)疑，但也得到了包括牛頓、惠更斯、萊布尼茲等多位大佬的支持，在接下來的日子里，大量的觀測(cè)數(shù)據(jù)也證實(shí)了羅默是正確的：光速，并不是無限的，它只是特別快而已。

值得一提的是，羅默還根據(jù)當(dāng)時(shí)的觀測(cè)數(shù)據(jù)估算出了光速大約是每秒22萬公里，雖然這個(gè)數(shù)值與現(xiàn)代測(cè)量出的光速還存在著不小的誤差，但在17世紀(jì)的時(shí)候能夠?qū)⒐馑俟浪愕竭@種程度，其實(shí)也挺厲害的。