光一秒能围绕地球转多少圈,光一秒钟可以围绕地球转多少圈

首页 > 车主 > 作者:YD1662023-05-21 22:05:47

出品:科普中国

制作:陈星

监制:中国科学院计算机网络信息中心

想必大家在日常生活中都有这样的经验,在雷雨天气,我们总是先看到闪电的光,然后过了好久才听到轰隆隆的雷声。这其中的原因也不难理解,那就是因为光的速度比声音的速度快多了。

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闪电

空气中声音的速度大概是340m/s,一马赫的速度,就是指的是声音在空气中的速度。对于光,它的速度似乎是无限的,在日常生活中,光似乎能瞬间从一个地点到另一个地点,例如我们打开手电筒,几乎就在同时我们就看到了手电筒发出的光传播的很远。其实光的速度也是有限的,只不过非常大。

光在空气中的速度约为3*10^8 m/s。这个速度有多快呢?光在一秒钟内前进的距离大约就可以绕地球赤道7圈半,也就是说,几乎一眨眼的时间光就可以毫不费力的环游世界。从地球到月球的距离约为38万公里,光打个来回也仅仅需要两秒多(事实上,地球和月球之间的准确距离就是计算激光来回所花费时间得到的)。而人类在1969年第一次登上月球,花费了三天多的时间才到达月球,由此可见光速有多快。光速是目前人类已知速度的上限,没有什么东西能运动的比光速还快。既然光速这么快,那科学家们是如何知道光速的准确数值的呢?

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激光测距

光速测量史

人类历史上首次测量光速是在1676年。当时丹麦天文学家奥勒·罗默通过研究木星的卫星木卫一发现光速是有限的,并不是无限的,并由此估计出了光速的值。他估算的过程如下图所示:

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光速的估量

其中的大环是地球绕太阳的轨道,小环是木卫一绕木星的轨道。当地球远离木星(从L到K)和接近木星(从F到G)时,木卫一从木星的阴影里(C到D)出来的时间会产生变化,从这个变化可以就知道光速是有限的,再加上木卫一绕木星的公转周期和地球的公转周期以及公转速度,就可以估算出光速了。从这中方法估计出的光速误差很大,约为2.2x10^8m/s, 比实际值小26%。

在1728年,英国天文学家詹姆斯·布拉德利进一步提高了光速的准确度。他所使用的是恒星的光行差。光行差如下图所示

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