木星的一顆衛(wèi)星，幫助人類首次證實光速并不是無限的

幾百年前，人們對光的傳播速度存在著兩種截然不同的觀點。有人認為，光速應(yīng)該是無限的，其在空間中不需要時間來傳播，無論多么遙遠的距離，光都會在一瞬間到達，也有人認為，光速應(yīng)該是有限的，只不過由于光的傳播速度非常快，我們才誤以為光速是無限的。

這兩種觀點爭論了很長一段時間，直到1676年才有了可以確定的結(jié)果，因為在這一年里，木星的一顆衛(wèi)星，幫助人類首次證實光速并不是無限的。

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，伽利略就通過望遠鏡發(fā)現(xiàn)了它的存在。

在后續(xù)的觀測中，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，當(dāng)木衛(wèi)一運行到一個特定位置時，它就會“突然消失”，等一段時間之后，它又會在另一個位置“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)一本身并不會發(fā)光，我們看到它在發(fā)光，其實是它反射了太陽光，而龐大的木星則會遮擋陽光，進而形成一片頗具規(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)一會在其運行過程中周期性地進入這個陰影區(qū)，一旦它進入了陰影區(qū)，就會“突然消失”，而當(dāng)它從陰影區(qū)“鉆”出來時，就會“突然出現(xiàn)”。

17世紀70年代，丹麥天文學(xué)家羅默正在巴黎天文臺工作，他的主要任務(wù)就是精準地編制“木衛(wèi)一蝕”出現(xiàn)的時間表，因為在當(dāng)時，這種現(xiàn)象對人們在海上航行時精確定位經(jīng)度大有用處。

在經(jīng)過長時間的觀測和記錄后，羅默注意到了一個現(xiàn)象：當(dāng)“木衛(wèi)一蝕”發(fā)生時，其“消失”和“出現(xiàn)”之間的時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，如果地球在其公轉(zhuǎn)軌道上遠離木星，木衛(wèi)一“消失”和“出現(xiàn)”之間的時間間隔總是會變長一點，反之則會變短一點。

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

但我們實際觀測到的卻并非如此，這就證明了，木衛(wèi)一發(fā)出的光并不會在一瞬間就抵達地球，而是需要時間來傳播，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)一進入木星的陰影區(qū)“消失”時，如果地球在遠離木星，那么到木衛(wèi)一從陰影區(qū)中“鉆”出來的時候，地球就會距離木星更遠一些，如此一來，木衛(wèi)一發(fā)出的光就需要多花一點時間才能抵達地球，這就造成了木衛(wèi)一“消失”和“出現(xiàn)”之間的時間間隔就會變長一點。

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

盡管羅默的觀點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，大量的觀測數(shù)據(jù)也證實了羅默是正確的：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)時的觀測數(shù)據(jù)估算出了光速大約是每秒22萬公里，雖然這個數(shù)值與現(xiàn)代測量出的光速還存在著不小的誤差，但在17世紀的時候能夠?qū)⒐馑俟浪愕竭@種程度，其實也挺厲害的。