光の収差とは何ですか？

天文学では、光の収差は、物体と観測者の相対的な動きによって引き起こされる物体の見かけ上の位置のずれです。 光の収差は、非常に大きなスケールでのみ重要であり、地球上の観測者にとっての星や惑星の知覚位置に影響します。 星の見かけ上の変位は、太陽の周りの地球の動きと、その回転から生じます。

光の収差は、視差を使用して地球からさまざまな星までの距離を測定する試みが行われた17世紀に発見されました。これは、異なる場所から観察したときにオブジェクトの位置がどのように移動するかを説明する概念です。 考えは、地球が太陽の周りを回るとき、星の見かけの位置は一年を通して変わるべきであるということでした。 空の星の正確な位置が特定の日付に確認され、その後6か月後に再び確認され、最初の測定が行われたときから地球がその位置と反対になったときに、地球の軌道の直径で区切られた2つの測定が行われました—約186,000,000マイル（300,000,000 km）の距離。 これは、視差値を取得し、三角法を使用して星の距離を計算するのに十分であると考えられました。

多くの測定が行われましたが、結果は不可解でした。 観測されている星の最大の見かけの変位は、観測の場所が最も離れていた6か月離れた観測の間に発見されたはずです。 ただし、実際の変位は完全に異なるパターンに従っており、明らかに視差によるものではありません。 たとえば、PolarisのPole Starは、直径が約40アーク秒（40インチ）のほぼ円形の経路をたどることがわかりました。アーク秒は1 / 3,600度です。 視差変位は発生しますが、最も近い星でも非常に小さく、その時点で利用可能な機器を使用して測定することはできなかったでしょう。

謎は、1729年に英国の天文学者ロイヤルであるジェームスブラッドリーによって解決されました。彼は、観測された星の位置の変化が、星に対する相対的な位置ではなく、地球の速度に起因することを発見しました。 星からの光は地球に到達するのに時間がかかり、地球が動いているため、星の光は星の真の位置からわずかにずれた点から、運動の方向に向かっているように見えます。 地球の動きが星明かりの方向に垂直である場合、最大の変位が観察されます。 同じ現象は、雨が垂直に降る場合にも見られます。 動いている観測者（たとえば、電車やバスなど）にとって、雨は観測点の前方の起点から動きの方向に斜めに降りてくるようです。

ブラッドリーの計算では、光の速度と太陽の周りの地球の動きの速度を使用して、ポラリスの真の位置の両側に最大約20インチの変位があることが示されました。 これにより、観測と一致して、年間で約40インチの全体的な変動が生じました。 光の収差の計算では、現代の天文学者は相対性理論の影響を考慮する必要がありますが、ほとんどの場合、古典的な計算で十分です。

星の位置の季節的変化は、年間収差または恒星収差として知られており、星の真の位置は幾何学的位置と呼ばれます。 地球の自転により小さな変位が生じます。 これは日変化として知られています。 永年収差は、銀河内の太陽系の動きによって引き起こされる天文学的収差を説明するために使用される用語です。 非常に遠い星や他の銀河の見かけの位置に影響を与えますが、非常に小さく、通常は考慮されていません。 星の収差の計算では、地球の動きのみを考慮する必要があります。 ただし、惑星の見かけ上の位置に影響を与える惑星の収差は、地球と惑星の両方の動きに起因するため、正しい値を計算するには両方を含める必要があります。