Подробное описание явления аберрации - видимого искажения истинного положения удаленных космических объектов.

Как была открыта аберрация света

Аберрация света была открыта в 1725 г. английским астрономо Джеймсом Брэдли, впоследствии ставший королевским астрономом.

Открытие аберрации света, как водится было случайным – истинной задачей эксперимента было измерение годичного параллакса звезды с целью установить на основе наблюдений, что Земля не является центром Солнечной системы.

17 декабря 1725 г. Брэдли наблюдал, что звезда γ-Дракона имела большее южное склонение, чем следовало ожидать, а 20 декабря 1725 г. он обнаружил, что искомая звезда ушла еще больше к югу, причем движение было противоположно по направлению тому движению, которое должно было бы получиться в результате влияния параллакса.

Как была открыта аберрация света

Аберрация света

Для изучения этого эффекта Джеймс Брэдли применил телескоп и наблюдал ряд ярких звезд в течение 1727—1728 гг., после чего путем анализа наблюдений установил характер явления и правильно его объяснил. Вкратце новое астрономическое открытие можно было сформулировать так:

Видимое положение любого небесного тела вследствие конечной скорости света зависит как от движения этого тела, так и от движения Земли в течение промежутка времени, необходимого свету для того, чтобы пройти расстояние от небесного тела до наблюдателя. Или короче:

  • Видимое смещение небесных тел относительно их истинных геометрических направлений, которое вызвано распространением света в сочетании с движениями наблюдателя и самих тел, называется аберрацией.
  • Смещение наблюдаемого видимого положения небесного тела относительно истинного геометрического положения тела в момент наблюдения, известно под названием планетной аберрации.
  • Смещение наблюдаемого положения небесного тела относительно геометрического положения, в котором тело находилось и тот момент времени, когда его покинул свет, называется звездной аберрацией.

Что представляет собой аберрация света

Иными словами, пока свет распространяется от небесного тела до наблюдателя, находящегося на движущейся планете Земля, само это тело и Земля удаляются от положений, которые они занимали в пространстве в тот момент времени, когда свет покинул тело. Следствием этого будет некоторый “сдвиг” видимого изображения наблюдаемого объекта и реального объекта.

Луч света, воспринимаемый наблюдателем, испускается в некоторый предшествующий наблюдению момент времени в направлении того положения, которое Земля должна занять позже,— в момент наблюдения; следовательно, в момент восприятия луча света наблюдателем тело не находится более в том направлении, откуда пришел этот луч.

Что представляет собой аберрация света

Более наглядный полу шуточный пример того, что представляет собой аберрация света. Если мы стоим, дождь льется сверху, но если мы бежим, то нам кажется, что дождь льется под углом, прямо в лицо. Хотя на самом деле, разумеется, дождь по прежнему льет ровно сверху!

Кроме того, поскольку Земля движется, направление луча света в тот момент времени, когда луч достигает наблюдателя, отличается от кажущегося направления прихода этого луча; направление, в котором тело наблюдается фактически, является направлением движения света относительно наблюдателя, а не истинным геометрическим направлением распространения света в пространстве, и это относительное направление зависит от скорости наблюдателя в данный момент времени.

Видимое направление, в котором наблюдается тело на небесной сфере, не является, следовательно, ни истинным геометрическим направлением в момент наблюдения, ни направлением на то геометрическое место, в котором тело находилось в момент времени, когда его покинул свет.

Планетную аберрацию можно рассматривать как результат сложения двух эффектов: звездной аберрации, обусловленной мгновенной скоростью наблюдателя в момент наблюдения, и геометрического смещения тела в пространстве вследствие его движения за промежуток времени, в течение которого свет распространялся к Земле.

Частные случаи (исключения) аберрации света

Правила аберрации имеют и свои исключения, а точнее частные случаи. В принципе таких частных случаев всего три.

Солнце

В течение промежутка времени, необходимого свету, чтобы пройти от Солнца до Земли, движение Солнца относительно центра масс солнечной системы фактически равно нулю. Таким образом, одна из двух частей, составляющих планетную аберрацию, обращается в нуль, и остается только звездная аберрация.

Необходимо заметить, что и противоположность методике, принятой для звезд, к эфемериде Солнца прибавляется полная годичная аберрация. Если бы это не было сделано, то наблюдения видимого места Солнца расходились бы с эфемеридой, причем расхождение по долготе имело бы годичный период с амплитудным коэффициентом 0″,343.

как выглядит звездная аберрация

Наблюдение Луны – один из частных случаев аберрации. Она находится слишком близком к нашей планете, и свет от неё достигает Земли почти мгновенно. Соответственно, никакого смещения мы не видим.

Луна

В течение промежутка времени, необходимого свету, чтобы пройти расстояние от Луны до Земли, Луна проходит приблизительно 0″,7 по геоцентрической долготе в орбите с отклонением от указанной величины приблизительно на 0″,05, обусловленным эксцентриситетом ее орбиты. Это равно полной величине планетной аберрации, годичная же аберрация уничтожается гелиоцентрическим движением Луны в течение светового промежутка.

Фактически аберрация вообще не прибавляется к эфемериде Луны; таблицы Луны составляются так, чтобы давать непосредственно видимое положение Луны, при небольшом изменении геометрических элементов лунной орбиты. В некоторых приложениях важно помнить, что лунный параллакс, табулируемый в эфемериде, строго говоря, не является истинным параллаксом в указанный момент времени.

Спутники и другие рукотворные космические объекты “ближнего космоса”

Когда спутник наблюдается путем фотографирования его на фоне звезд, получаемое при этом положение является астрометрическим положением. Если же положение спутника определяется путем измерения расстояния спутника от центральной планеты и позиционного угла, то можно пренебречь звездной аберрацией, имеющей фактически одну и ту же величину для обоих тел; если же этого сделать нельзя, звездная аберрация ощутима, ее можно ввести дифференциальным путем.

Оставляя этот вопрос пока в стороне, можно сказать, что наблюдение связывает положение спутника в момент, когда свет покинул спутник, с положением центральной планеты в момент, когда свет покинул ее.

С очень высокой степенью точности можно считать, что спутник принимает участие в гелиоцентрическом движении центральной планеты в течение светового промежутка, соответствующего последней, и поэтому на практике необходимо только исправлять наблюдение за движением спутника относительно центральной планеты, совершаемое в течение промежутка времени, необходимого, чтобы свет прошел расстояние от этого спутника до наблюдателя.