Vad är ljusets avvikelse?

I astronomin är ljusavvikelsen en förskjutning i det synliga läget för ett objekt som orsakas av objektets och observatörens relativa rörelse. Ljusavvikelse är endast betydande vid mycket stora skalor och påverkar de upplevda positionerna för stjärnor och planeter för observatörer på jorden. Den uppenbara förskjutningen av stjärnor är resultatet av jordens rörelse runt solen och från dess rotation.

Ljusavvikelse upptäcktes på 1600-talet, då försök gjordes för att mäta avståndet från jorden till olika stjärnor med parallax - ett koncept som beskriver hur ett objekts position verkar förändras när det observeras från olika platser. Tanken var att en stjärnas tydliga position skulle förändras under hela året när jorden kretsar kring solen. Om stjärnans exakta position på himlen kontrollerades på ett visst datum, kontrollerades sedan igen sex månader senare, när jorden var mitt emot dess position då den första mätningen gjordes, gav detta två mätningar separerade av diametern på jordens bana - ett avstånd på cirka 186 000 000 mil (300 000 000 km). Detta ansågs tillräckligt för att erhålla ett parallaxvärde och därmed beräkna stjärnans avstånd med hjälp av trigonometri.

Ett antal mätningar gjordes, men resultaten förbryllade. Den största uppenbara förskjutningen av stjärnan som observerades borde ha hittats mellan observationer med sex månaders mellanrum, när observationsplatserna låg längst från varandra. De faktiska förskjutningarna följde emellertid ett helt annat mönster och berodde uppenbarligen inte på parallax. Pole Star, Polaris, till exempel, befanns följa en ungefär cirkulär bana, med en diameter på cirka 40 bågsekunder (40 ”), en bågsekund var 1/3600 av en grad. Parallaxförskjutning inträffar, men den är mycket liten, även för de närmaste stjärnorna, och skulle inte ha kunnat mätas med hjälp av tillgängliga instrument vid den tiden.

Mystiken löstes av James Bradley, den brittiska astronomen Royal, 1729. Han upptäckte att de observerade förändringarna i en stjärns position berodde på jordens hastighet och inte på dess position i förhållande till stjärnan. Ljuset från stjärnan tar tid att nå jorden och eftersom jorden rör sig verkar stjärnljuset komma från en punkt som förskjuts något från stjärnans verkliga position, i rörelseriktningen. De största förskjutningarna observeras när jordens rörelse är vinkelrätt mot stjärnljusets riktning. Samma fenomen kan ses med regn som faller vertikalt; för en rörlig observatör - till exempel i ett tåg eller buss - tycks regnet falla diagonalt från en utgångspunkt framför observatören i rörelseriktningen.

Bradleys beräkning, med ljusets hastighet och jordens rörelse runt solen, indikerade en maximal förskjutning på cirka 20 ”till endera sidan av den verkliga positionen för Polaris. Detta gav en total variation på cirka 40 ”under året, i överensstämmelse med observationer. Vid beräkning av ljusavvikelsen måste moderna astronomer ta hänsyn till effekterna av relativitet, men i de flesta fall är den klassiska beräkningen tillräcklig.

Säsongens förskjutningar i stjärnpositioner kallas årlig avvikelse eller stjärnavvikelse, och stjärnans verkliga position kallas dess geometriska position. Mindre förskjutningar är resultatet av jordens rotation; detta kallas dagligt avvikelse. Sekulär avvikelse är termen som används för att beskriva den astronomiska avvikelsen orsakad av solsystemets rörelse i galaxen; även om det har en effekt på de synliga positionerna för mycket avlägsna stjärnor och andra galaxer, är den mycket liten och tas vanligtvis inte med i beräkningen. Vid beräkning av stjärnavvikelse behöver bara jordens rörelse beaktas; emellertid, planetavvikelser - som påverkar planetens synliga positioner - är resultatet av både jordens och planeternas rörelse, så båda måste inkluderas för att beräkna rätt värde.