一种间接测量超真空中静止光源光速的方法简述作者：彭晓韬日期：2021.07.17

作者：彭晓韬
日期：2021.07.17
[文章摘要]：光行差常数测量法可间接获得太阳参照系中大气层内光速与地球公转速度的合成速度值。当我们人为制造一个局部真空环境，让测量装置中的望远镜内部处于真空状态，就有可能获得真空中的光速与地球公转速度的合成速度值。因此，只要观测精度能达到预期的目标，完全有可能获得超过真空中静止光源产生的光的速度的实测结果。本文就此作些探讨。
一、光行差常数测量方法简介
光行差常数：天文常数之一。光行差是由观测者运动引起的﹐光行差位移同观测者的平均运动速度v和光速c有关。 v/c的反正切值称为光行差常数。作为天文常数的光行差常数，是指周年光行差常数，以k表示。在这种情况下， v表示地球公转的平均线速度。
首次发现光行差现象的布拉得雷于1725～1728年得出=20.5″ 。到目前为止﹐两个半世纪以来许多天文学家根据浩瀚的资料得出了近百个光行差常数的数值。绝大多数的数值都在20.4″～20.6″之间。 1840～1842年﹐..斯特鲁维用中星仪在卯酉圈上观测﹐得到=20.4451″﹐这个数值为全世界天文学家使用了近半个世纪﹐1896年﹐纽康综合当时的各种测定值以后﹐得出=20.47﹐这个数值使用了近七十年。尽管很早就发现纽康的这个数值偏小﹐精度较低﹐但由于牵涉到其他常数﹐并未予以改动。到1964年﹐国际天文学联合会通过的天文常数系统中﹐值才改为20.4958″﹐这是根据地球轨道的运动速度值和光速值推导出来的。光行差常数是一个导出常数。这个数值从1968年开始采用﹐将一直用到1983年﹐1976年国际天文学联合会的天文常数系统中确定相对于标准历元2000年的值是20.49552″,这个新值从1984年为全世界统一采用［摘自百度百科］。
如下图一所示：在地球上观测遥远的天体时，由于地球绕太阳公转，星光与地球公转方向存在一定夹角时，所观测到的天体视向与真实方向间存在一定的角度差异，这就是光行差。

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二、实测方法基本原理简述
1、光程差常数是天体位于天顶处时的光行差
如下图二所示：当天体正好位于地面观测点的正上方（天顶处）时，则在地球参照系内,星光的运动方向与地球的公转方向正好垂直，此时的光行差为V/C的反正值。由光行差定义可知：v/c及其反正切为常数的条件有二：一是地球公转速度不变；二是大气层内的光速不变。

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2、实测方案简述
利用天文望远镜内分别为真空、空气和水三种状态进行天体位于天顶处时的光行差高精度测量，分别获得三种状态下的实际测量数据，即可得到三种状态下太阳参照系内实测光速数据。
根据现有资料，地球公转的速度虽然存在一定的变化，但变化幅度很小，可视为基本不变。地球绕太阳公转的平均速度为：29.783千米/秒；真空中静止光源产生的光的速度为：299792.458Km/s 。按目前使用的最新光行差常数值20.49552″可反算出大气层的平均折射率为：1.00020154 。而当把望远镜内抽成真空或灌满水时，则理论上可获得的光行差常数和实测的视速度值如下表所示：

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从上表可知：当望远镜内部为真空时，其实测光程差常数约定20.49146?、对应的太阳系内的光速为299792.45948Km/s ，略高于真空中静止光源的光速0.001479402Km/s ，即仅比后者高每秒1.479米。也就是说：如果在此种条件下实测得到的光行差常数为20.49146? ，则证明太阳参照系内的观测光速就是大于真空中静止光源光速的。
三、实测结果预判
1、实测的数据接近理论计算值时
当实测到的真空状态下的光行差常数接近20.49146?、空气状态下的数据接近20.49552?、水状态下的数据接近27.25345?时，就可认定实测结果精度足够高，利用实测数据反算太阳参照系内实测速度值是可行的。也就间接获得了超过真空中静止光源之实测光速。
2、实测的真空和空气状态下的数据很接近时
如果实测得到的真空和空气状态下的数据很接近，则说明观测精度不足，应提高观测精度进一步观测。
从（20.49552?-20.49146?）/（20.49552?+20.49146?）/2=0.004954601%可知：观测精度必须大于十万分之五才有可能分辨出真空和空气状态。
为了提高测量精度，可对同一天体进行多次重复测量和不同天体多次重复测量，再用统计方法求得其平均值和均方差。