幾個世紀前,人類對光的本質充滿好奇,其中最核心的爭議在于:光速究竟是無限的還是有限的?有人堅信光能瞬間抵達宇宙任何角落,無論距離多么遙遠;另一派則認為,盡管光速極快,但仍需時間傳播,只是人類尚未察覺其速度的極限。這場爭論持續了數百年,直到一位丹麥天文學家的發現,為這場辯論畫上了句號。
故事的主角是木星的衛星——木衛一。這顆直徑約3642公里的天體,比月球還要龐大,早在1610年就被伽利略通過望遠鏡發現。科學家們很快注意到,木衛一會周期性地“消失”又“重現”。這一現象被稱為“木衛一蝕”,其原理是:木衛一本身不發光,而是反射太陽光,而木星龐大的身軀會遮擋陽光,形成一片陰影區。由于木衛一的軌道平面與木星公轉軌道幾乎重合,地球上的觀測者便能看到它周期性地進入和離開這片陰影區,仿佛在“隱身”與“現身”之間切換。
17世紀70年代,丹麥天文學家奧勒·羅默在巴黎天文臺工作,他的任務是精確記錄“木衛一蝕”的發生時間。這一現象對當時的航海者至關重要,因為它能幫助他們確定經度,從而在茫茫大海中精準定位。然而,在長期的觀測中,羅默發現了一個異常:木衛一“消失”與“重現”之間的時間間隔并非固定不變,而是隨著地球與木星距離的變化而規律性地波動。
具體來說,當地球在公轉軌道上遠離木星時,木衛一“消失”與“重現”的間隔會略微變長;反之,當地球接近木星時,這一間隔則會縮短。羅默意識到,如果光速是無限的,那么地球與木星的距離變化絕不會影響這一時間間隔。但實際觀測結果卻截然不同,這只能說明一個問題:光從木衛一抵達地球需要時間,而這一時間的長短取決于地球與木星之間的距離。
1676年,羅默提出了一個大膽的結論:光速是有限的。他解釋道,木衛一繞木星的運行周期是固定的(約42.5小時),但當地球遠離木星時,木衛一從陰影區“鉆”出來時,地球已經移動到了更遠的位置,因此光需要更多時間才能抵達地球,導致時間間隔變長;反之,當地球接近木星時,時間間隔則會縮短。這一理論最初遭到質疑,但很快得到了牛頓、惠更斯等科學巨匠的支持。隨后的觀測數據也反復驗證了羅默的判斷:光速確實有限,只是快得超乎想象。
更令人驚嘆的是,羅默還根據當時的觀測數據估算出了光速的大致數值——每秒約22萬公里。盡管這一結果與現代測量的光速(每秒約29.98萬公里)存在差距,但在17世紀,這樣的精度已堪稱卓越。羅默的發現不僅終結了光速是否無限的爭論,更為人類探索宇宙的奧秘奠定了基礎。











