Шкала электромагнитных волн

Длина волн	Частота (с^1, гц.)	Название
1 км 1 мм	3.10^5 3.10^11	Радиоволны
1 мкм	3.10^14	Инфракрасные
4.10"^7	7.10^14	Солнечный свет
1 нм	3.10^17	Ультрафиолет
10 ^-8м	3.10^18	Рентгеновское излучение
10^15 м	3.10^23	Гамма-излучение

Та совокупность электромагнитных волн, которая называется светом (иногда видимым светом), представляет собой узкий интервал длин волн, заключенных примерно между 400 и 800 нм. Они действуют непосредственно на человеческий глаз, производя специфическое раздражение его сетчатой оболочки, ведущее к световому восприятию. Вследствие этого указанный интервал длин волн играет особую роль для человека, хотя по своим физическим свойствам он принципиально не отличается от примыкающих к нему более длинных и более коротких электромагнитных волн. Несмотря на то, что границы светочувствительности глаза субъективны, тем не менее резкое падение чувствительности человеческого глаза к концам этого интервала оправдывает установление специальных названий для соседних областей спектра - инфракрасные и ультрафиолетовые лучи.

Таким образом, к 1850 г. основные свойства света стали уже известны:

свет — волновое движение с очень малой длиной волны, порядка 5-10^-5см;

колебания в вол­нах поперечные;

для распространения света не нуж­на никакая материальная среда, и

свет распространяется со скоростью примерно 3-10¹⁰ см/с.

Волновая теория предсказывает уменьшение скорости света в вещественной среде по сравнению с вакуумом в отношении, рав­ном показателю преломления света средой.

Астрономические методы определения скорости света

Определение скорости света по наблю­дениям с Земли затмений спутников Юпи­тера.

Метод Рёмера.

Первое реальное свидетельство конечности скорости света получил в 1675 г.

Рёмер (1644—1710) из наблюдений кажущихся расхождений между моментами затмений спут­ников Юпитера. Еще Галилей открыл, что у Юпитера четыре спутника (теперь известны еще восемь), движущие­ся в той же плоскости, что и планета, вокруг Солнца. Таким образом, поскольку планета отбрасывает гигант­скую тень, каждый спутник должен покрываться этой тенью при каждом обороте; и спутники, и сама планета видны, разумеется, только благодаря отражению сол­нечного света.

Юпитер имеет несколько спутников, которые либо видны с Земли вблизи Юпитера, либо скрываются в его тени. Астрономические наблюдения над спутниками Юпи­тера показывают, что средний промежуток времени между двумя последовательными затмениями какого-нибудь определенного спут­ника Юпитера зависит от того, на каком расстоянии друг от друга находятся Земля и Юпитер во время наблюдений.

Метод Рёмера (1676 г.), основанный на этих наблюдениях, можно пояснить с помощью рис. 20.1.

Пусть в определенный момент времени Земля З₁ и Юпитер Ю₁ находятся в противостоянии и в этот -момент времени один из спутников Юпитера, наблюдаемый с Земли, исчезает в тени Юпитера (спутник на рисунке не показан).

Рис. 20.1. К определению скорости света по методу Рёмера.

Затмения спутников Юпитера должны наблюдаться в различные времена года в соответствии с относительным положением Земли и Юпитера. Было найдено, что интер­вал между затмениями принимает максимальное и мини­мальное значения через промежутки времени примерно в шесть месяцев. Разница между этими двумя значениями была совершенно несомненной — около 30 с, а затмения происходили достаточно часто — каждые 42³/₄ ч, так что можно было отчетливо видеть постепенное изменение интервала.

Поскольку вращение Земли не может нести никакой ответственности за нерегулярности движения спутников удаленной планеты, Рёмеру оставалось предположить, что объяснение лежит в конечной скорости света. За время между двумя затмениями Земля проходит около 5 миллионов километров; 15 с — максимальное отклоне­ние от среднего периода — это, должно быть, время, необходимое свету для прохождения этого расстояния, и, следовательно, скорость света должна быть несколько меньше 320 тысяч километров в секунду.

Это было первое определение величины, которая, как мы теперь знаем, является одной из важнейших физических постоянных.

Будучи изложенной таким образом, работа Рёмера кажется весьма прозаической: как будто бы он просто заметил то, что мог бы заметить любой другой человек. В действительности же наблюдения Рёмера — это науч­ный подвиг, ибо в данном случае ряд факторов не благо­приятствовал наблюдениям. Во-первых, Юпитер нельзя наблюдать в течение всего года: по крайней мере в течение двух месяцев он находится слишком близко от Солнца. Во-вторых, разумеется, наблюдения затмений невозможно производить в дневное время. В-третьих, поскольку Юпи­тер столь далек от Земли, его тень направлена почти прямо от нас, и поэтому маловероятно, что можно будет увидеть как начало, так и конец хотя бы какого-нибудь одного затмения. Наконец, спутник Юпитера весьма велик — его диаметр составляет почти половину зем­ного,— а поэтому его затмение не совершенно резкое; ни момент начала, ни момент его окончания нельзя изме­рить точнее нескольких секунд.