Schemat przedstawiający aberrację gwiazdową.
Aberracja światła (określana także jako aberracja astronomiczna lub aberracja gwiezdna) to zjawisko
astronomiczne
polegające na pozornym ruchu położenia kątowego ciał niebieskich w cyklu rocznym. Zjawisko to odkrył w 1728 roku
James Bradley
, który chcąc odkryć zjawisko paralaksy rocznej mierzył zmiany deklinacji gwiazdy γ (gamma)
Draconis
.
Aberracja dla małych prędkości
Bradley wytłumaczył ten efekt geometrycznym złożeniem prędkości orbitalnej
Ziemi
i prędkości światła od gwiazdy, otrzymując w ten sposób wzór:
Wzór ten jest stosunkowo dobrym przybliżeniem dla obserwacji niezbyt odległych gwiazd z Ziemi, jako że porusza się ona ze stosunkowo niską,
nierelatywistyczną
prędkością (v=30km/s). Jednakże złożenie prędkości Ziemi i światła nie jest poprawną interpretacją, daje w rzeczywistości błędne wyniki, wymaga bowiem istnienia prędkości większych niż prędkość światła. Dokładne wytłumaczenie podaje dopiero mechanika relatywistyczna.
Relatywistyczna interpretacja zjawiska aberracji
Aberracja światła podobnie jak
poprzeczny efekt Dopplera
jest poprawnie tłumaczona przez
szczególną teorię względności
. Zakładając, że ruch Ziemi odbywa się prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali świetlnej z gwiazdy, stanowiąc układ nieruchome źródło - ruchomy obserwator. Gwiazda wysyła fale o częstotliwości f0, które zgodnie z relatywistycznym efektem Dopplera są odbierane przez obserwatora na Ziemi jako fale o większej częstotliwości. Zgodnie z relatywistyczną transformacją kąta, kąt obserwacji fali w układzie spoczywającym:
- , gdzie
α - kąt w układzie poruszającym się. Stosując relatywistyczną transformację kąta, traktując Ziemię jako układ spoczywający, a gwiazdę za obiekt poruszający się, dla aberracji światła uzyskujemy w pełni poprawny wzór na kąt aberracji:
Wzór ten musi być stosowany dla dużych względnych wartości prędkości obserwatora i gwiazdy (istotne przy obserwacji odległych gwiazd). Poza tym ruch względny Ziemi i gwiazdy można przy pomocy relatywistycznego składania prędkości sprowadzić do ruchu jednego układu względem spoczywającego drugiego.
Rodzaje aberracji
Rozróżnia się kilka składników aberracji światła związanych z różnymi składowymi ruchu obserwatora:
- aberracja dzienna - wynikająca z ruchu obrotowego
Ziemi
; jej maksymalna wielkość to 0,32
sekundy łuku
,
- aberracja roczna - (najważniejszy rodzaj aberracji światła) spowodowana ruchem orbitalnym
Ziemi
- maksymalna wartość to 20,50 sekundy łuku (tzw. stała aberracji rocznej),
- aberracja wiekowa - spowodowana ruchem
Układu Słonecznego
względem okolicznych gwiazd.
Aberracja roczna jest historycznie pierwszym dowodem na ruch Ziemi wokół
Słońca
.
Źródła
- Jan Flis: Szkolny słownik geograficzny. Warszawa: WSiP, 1986, s. 21.