木卫一的掩食像一座钟
木卫一绕木星运行,经过木星的阴影时会暂时消失,随后重新出现。天文学家可以记录这些掩食的时刻,并利用重复的周期预测下一次事件。罗默在巴黎参与木星卫星的观测,却发现这座远处的“钟”有时快、有时慢。
按固定周期预测的掩食时刻与实际观测出现偏差,偏差随地球在轨道上的位置变化而积累。
地球到木星的路程在变
地球接近木星时,光需要走的路程逐渐缩短;地球远离木星时,路程逐渐增加。罗默把掩食到达地球的早晚与这一变化联系起来:远处发生的同一类事件,传到观察者眼前需要不同的时间。
1676年的报道用地球轨道的尺度估计这段延迟,并讨论光跨越地球轨道直径需要约22分钟。这个数值把光的传播纳入了可测的天文时间。
1676年12月的研究报道
《学者杂志》在1676年12月7日刊出罗默研究的报道。文中的解释把卫星运行、地球运动与收到信号的时间放在一起,说明光从木星到地球的传播需要时间。
英国《哲学汇刊》在1677年刊出英文译文,保留轨道示意与计时推理。读者可以按地球与木星的位置,比较光线走过的路程与收到掩食信号的时刻。
一项可以观测检验的预报
罗默的方法用反复出现的天文事件测量传播延迟,不需要在地面让光走完一条极长的实验路线。它让观测时刻与事件发生时刻之间的差别成为计算的一部分。
原报告指出,1676年11月9日观测到木卫一出现的时刻,比根据8月观测推算的时间晚约10分钟。罗默在9月初已经预报这段延迟,掩食记录与预测相符,为光的传播需要时间提供了进一步证据。