Шкала электромагнитных волн
-
Длина волн
Частота (с1, гц.)
Название
1 км
1 мм
3.105
3.1011
Радиоволны
1 мкм
3.1014
Инфракрасные
4.10"7
7.1014
Солнечный свет
1 нм
3.1017
Ультрафиолет
10 -8м
3.1018
Рентгеновское излучение
1015 м
3.1023
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.