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第一个测定光速的人——奥勒•罗默

日期:2023-06-07

奥勒·罗默(1644-1710),丹麦天文学家。他首次用天文实验方法证明了光以有限的速度传播,是世界上第一个测出光速具体数值的人。

1644年9月25日,罗默出生于丹麦第二大城市奥胡斯的一个商人、船长家庭。后来就读于哥本哈根大学,导师是发现了方解石双折射的拉斯穆·巴托林。毕业后,他就职于巴黎天文台,在天文台总监、著名天文学家卡西尼手下工作。

他的工作内容之一是通过观测木星卫星的掩食情况来计算经度。

他观测的是伽利略卫星中最靠近木星的木卫一,每42.5小时环绕木星一周。按正常推断,木卫一周期性的环绕木星运动,每两次掩食的时间间隔是一样的。但事实的观测结果是:时间间隔是变化的。他推断这是因为光线从木星走到地球需要花时间。在木卫一环绕木星期间,地球也会运动,当地球靠近木星时,光线穿越的距离短、时间短;相反则距离和时间均增加。经罗默测量,两者相差1000多秒,这就是光多走的距离造成的。这个时间差为光速的测量提供了可操作性。据此,当时年仅32岁的罗默第一次提出了有效的光速测量方法。

罗默绘制的示意图如图所示,其中A为太阳,B为木星,小圆是木卫一的轨道。当木卫一位于阴影CD之间时,发生木卫一食。大圆是地球的公转轨道。罗默认为,虽然木卫一食的周期恒定,但当地球处于不同位置(L,K)时,观测到木卫一食的时间也会有所改变。简单地说,当地球在公转轨道上靠近木星的位置上时,会更早地看见木卫一出现,而当地球移动到离木星较远的位置上时,光行进到地球所需的时间就会变长,那么木卫一出现的时间就会推迟。

罗默花了十几年时间来观测木卫一食,他只凭借着望远镜、手表,记录一年之中不同日子里木卫一食的时间差,再计算这些时刻地球位置的改变,推算出光速大约为220000千米/秒。虽然距现代光速有误差,但罗默光速的误差更多是因为当时的计算水平不足,而他采用的方法是非常准确的。

1681年,罗默回到丹麦,任教于哥本哈根大学。1710919日,罗默在丹麦去世,享年65岁。奥勒·罗默确立了光速有限的正确观念,并为获得光速的准确数值奠定了基础。