Was ist die Aberration des Lichts?
In der Astronomie ist die Aberration des Lichts eine Verschiebung der scheinbaren Position eines Objekts, die durch die relative Bewegung des Objekts und des Betrachters verursacht wird. Die Aberration des Lichts ist nur in sehr großem Maßstab signifikant und beeinflusst die wahrgenommenen Positionen von Sternen und Planeten für Beobachter auf der Erde. Die scheinbare Verschiebung der Sterne ergibt sich aus der Bewegung der Erde um die Sonne und aus ihrer Rotation.
Aberration des Lichts wurde im 17. Jahrhundert entdeckt, als versucht wurde, die Entfernungen von der Erde zu verschiedenen Sternen mit Hilfe der Parallaxe zu messen - ein Konzept, das beschreibt, wie sich die Position eines Objekts zu verschieben scheint, wenn es von verschiedenen Orten aus betrachtet wird. Die Idee war, dass sich die scheinbare Position eines Sterns im Laufe des Jahres ändern sollte, wenn die Erde die Sonne umkreist. Wenn die exakte Position des Sterns am Himmel zu einem bestimmten Zeitpunkt überprüft wurde und dann sechs Monate später erneut überprüft wurde, als sich die Erde gegenüber ihrer Position befand, als die erste Messung durchgeführt wurde, ergaben sich zwei Messungen, die durch den Durchmesser der Erdumlaufbahn getrennt waren. eine Entfernung von ungefähr 186.000.000 Meilen (300.000.000 km). Dies wurde für ausreichend gehalten, um einen Parallaxenwert zu erhalten und somit die Entfernung des Sterns unter Verwendung von Trigonometrie zu berechnen.
Eine Reihe von Messungen wurden durchgeführt, aber die Ergebnisse waren rätselhaft. Die größte scheinbare Verschiebung des beobachteten Sterns hätte zwischen Beobachtungen im Abstand von sechs Monaten festgestellt werden müssen, wenn die Positionen der Beobachtungen am weitesten voneinander entfernt waren. Die tatsächlichen Verschiebungen folgten jedoch einem völlig anderen Muster und waren eindeutig nicht auf Parallaxe zurückzuführen. Es wurde festgestellt, dass der Polstern Polaris beispielsweise einer ungefähr kreisförmigen Bahn mit einem Durchmesser von etwa 40 Bogensekunden (40 Zoll) folgt, wobei eine Bogensekunde 1 / 3.600 Grad beträgt. Die Parallaxenverschiebung tritt zwar auf, ist aber selbst für die nächsten Sterne sehr gering und wäre mit den damals verfügbaren Instrumenten nicht messbar gewesen.
Das Rätsel wurde 1729 von James Bradley, dem britischen Astronomen Royal, gelöst. Er entdeckte, dass die beobachteten Verschiebungen in der Position eines Sterns auf die Geschwindigkeit der Erde und nicht auf seine Position relativ zum Stern zurückzuführen waren. Das Licht des Sterns braucht Zeit, um die Erde zu erreichen, und da sich die Erde bewegt, scheint das Sternenlicht von einem Punkt zu kommen, der geringfügig von der tatsächlichen Position des Sterns in Bewegungsrichtung versetzt ist. Die größten Verschiebungen werden beobachtet, wenn die Erdbewegung senkrecht zur Richtung des Sternenlichts verläuft. Dasselbe Phänomen ist bei senkrecht fallendem Regen zu beobachten. Für einen sich bewegenden Beobachter - zum Beispiel in einem Zug oder Bus - scheint der Regen diagonal von einem Ursprungspunkt vor dem Beobachter in Bewegungsrichtung zu fallen.
Bradleys Berechnung unter Verwendung der Lichtgeschwindigkeit und der Geschwindigkeit der Erdbewegung um die Sonne ergab eine maximale Verschiebung von etwa 20 Zoll zu beiden Seiten der wahren Position für Polaris. Dies ergab, in Übereinstimmung mit den Beobachtungen, eine Gesamtschwankung von etwa 40 Zoll über das Jahr. Bei der Berechnung der Aberration des Lichts müssen moderne Astronomen die Auswirkungen der Relativität berücksichtigen, aber in den meisten Fällen ist die klassische Berechnung ausreichend.
Die jahreszeitlichen Verschiebungen der Sternpositionen werden als jährliche Aberration oder stellare Aberration bezeichnet. Die wahre Position des Sterns wird als geometrische Position bezeichnet. Kleinere Verschiebungen ergeben sich aus der Erdrotation; Dies ist als tägliche Aberration bekannt. Säkulare Aberration bezeichnet die astronomische Aberration, die durch die Bewegung des Sonnensystems in der Galaxie verursacht wird. Obwohl es sich auf die scheinbaren Positionen sehr ferner Sterne und anderer Galaxien auswirkt, ist es sehr klein und wird normalerweise nicht berücksichtigt. Bei der Berechnung der Sternaberration muss nur die Erdbewegung berücksichtigt werden. Die Planetenaberration, die sich auf die scheinbaren Positionen der Planeten auswirkt, resultiert jedoch aus der Bewegung sowohl der Erde als auch der Planeten. Daher müssen beide einbezogen werden, um den korrekten Wert zu berechnen.