Co to jest aberracja światła?
W astronomii aberracja światła jest przesunięciem pozornej pozycji obiektu spowodowaną względnym ruchem obiektu i obserwatora. Aberracja światła jest znacząca tylko w bardzo dużych skalach i wpływa na postrzegane pozycje gwiazd i planet dla obserwatorów na Ziemi. Pozorne przemieszczenie gwiazd wynika z ruchu Ziemi wokół Słońca i jego obrotu.
Aberracja światła została odkryta w XVII wieku, kiedy podjęto próby zmierzenia odległości od Ziemi do różnych gwiazd za pomocą paralaksy - koncepcji opisującej, jak zmienia się pozycja obiektu, gdy obserwuje się go z różnych lokalizacji. Pomysł polegał na tym, że pozorna pozycja gwiazdy powinna się zmieniać w ciągu roku, gdy Ziemia okrąża Słońce. Jeśli dokładna pozycja gwiazdy na niebie została sprawdzona w danym dniu, a następnie sprawdzona ponownie sześć miesięcy później, kiedy Ziemia była przeciwna do swojej pozycji od czasu pierwszego pomiaru, uzyskano dwa pomiary oddzielone średnicą orbity Ziemi - odległość około 186 000 000 mil (300 000 000 km). Uznano to za wystarczające do uzyskania wartości paralaksy, a tym samym do obliczenia odległości gwiazdy za pomocą trygonometrii.
Dokonano wielu pomiarów, ale wyniki były zagadkowe. Największe widoczne przesunięcie obserwowanej gwiazdy powinno zostać stwierdzone między obserwacjami w odstępie sześciu miesięcy, kiedy lokalizacje obserwacji były najdalej od siebie. Rzeczywiste przesunięcia przebiegały jednak według zupełnie innego wzoru i najwyraźniej nie były spowodowane paralaksą. Na przykład Gwiazda Polarna, Polaris, podąża mniej więcej kołową ścieżką o średnicy około 40 sekund łukowych (40 ”), a sekunda łukowa wynosi 1/3600 stopnia. Występuje przesunięcie paralaksy, ale jest ono bardzo małe, nawet dla najbliższych gwiazd, i nie byłoby możliwe do zmierzenia za pomocą dostępnych wówczas instrumentów.
Tajemnicę tę rozwiązał James Bradley, brytyjski astronom Royal w 1729 roku. Odkrył, że obserwowane przesunięcia w pozycji gwiazdy wynikały z prędkości Ziemi, a nie z jej położenia względem gwiazdy. Światło z gwiazdy potrzebuje czasu, aby dotrzeć do Ziemi, a ponieważ Ziemia się porusza, światło gwiazdy wydaje się pochodzić z punktu, który jest nieznacznie przesunięty w stosunku do prawdziwej pozycji gwiazdy, w kierunku ruchu. Największe przemieszczenia obserwuje się, gdy ruch Ziemi jest prostopadły do kierunku światła gwiazdy. To samo zjawisko można zaobserwować, gdy deszcz pada pionowo; poruszającemu się obserwatorowi - na przykład w pociągu lub autobusie - deszcz wydaje się padać ukośnie z punktu początkowego przed obserwatorem w kierunku ruchu.
Obliczenia Bradleya, wykorzystujące prędkość światła i prędkość ruchu Ziemi wokół Słońca, wykazały maksymalne przemieszczenie około 20 cali w każdą stronę rzeczywistej pozycji dla Polaris. To dało ogólną zmienność około 40 ”w ciągu roku, zgodnie z obserwacjami. Przy obliczaniu aberracji światła współcześni astronomowie muszą brać pod uwagę skutki względności, ale w większości przypadków klasyczne obliczenia są wystarczające.
Sezonowe przesunięcia pozycji gwiazd są znane jako aberracja roczna lub aberracja gwiezdna, a prawdziwa pozycja gwiazdy nazywa się jej pozycją geometryczną. Mniejsze przemieszczenia wynikają z obrotu Ziemi; jest to znane jako aberracja dzienna. Aberracja świecka jest terminem używanym do opisania aberracji astronomicznej spowodowanej ruchem układu słonecznego w galaktyce; chociaż ma wpływ na pozorne pozycje bardzo odległych gwiazd i innych galaktyk, jest bardzo mała i zwykle nie jest brana pod uwagę. Przy obliczaniu aberracji gwiezdnej należy brać pod uwagę tylko ruch Ziemi; jednak aberracja planetarna - która wpływa na pozorne pozycje planet - wynika z ruchu zarówno Ziemi, jak i planet, dlatego należy je uwzględnić, aby obliczyć prawidłową wartość.