Аберрация света

Аберрация света - кажущееся отклонение небесных светил от их истинного положения на небесном своде, вызванное относительным движением светила и наблюдателя. Явление аберрации обусловлено тем, что свет распространяется с конечной скоростью.

С точки зрения классической астрономии явление аберрации можно сравнить с тем, что испытывает человек под проливным дождем. Стоящий под дождем человек держит свой зонт прямо над головой. Но когда он идет, он вынужден, если хочет остаться сухим, наклонить зонт вперед. При этом чем быстрее он идет, тем сильнее приходится наклонять зонт. И хотя дождевые капли по-прежнему падают прямо вниз, человеку кажется, что они идут из точки, по направлению к которой он наклонил зонт.

Аналогично этому, движущемуся наблюдателю свет небесного светила кажется идущим не из точки, в которой находится светило, а из другой точки, смещенной относительно первой в направлении движения наблюдателя. Это смещение тем больше, чем выше скорость наблюдателя. Пусть некоторая звезда находится в полюсе эклиптики. Ее свет падает на Землю перпендикулярно направлению скорости Земли, движущейся по своей орбите. Однако астроном, направивший свой телескоп в полюс эклиптики, не увидит звезду в центре поля зрения: лучу света, входящему в объектив такого телескопа, нужно время, чтобы пройти сквозь всю его трубу, а за это время труба переместится вместе с Землей и изображение звезды не попадет в центр поля зрения. Таким образом, чтобы наблюдать небесное светило в центре поля зрения, телескоп приходится наклонять на некоторый угол вперед по движению наблюдателя.

Величина аберрационного смещения зависит также от угла между направлением движения наблюдателя и направлением на звезду. Оно имеет наибольшее значение для углов в 90 градусов и исчезает при 0 градусов. Аберрационное смещение равно постоянной аберрации a, умноженной на синус этого угла. Величина постоянной аберрации равна a=v/c, где v - относительная скорость наблюдателя, а c - скорость света, равная 300 тысяч километров в секунду.

Если бы наблюдатель вместе с Землей двигался по отношению к звезде всегда в одном и том же направлении, аберрационное смещение для звезды было бы постоянным и его нельзя было бы обнаружить. Однако направление движения Земли, перемещающейся по своей орбите, непрерывно изменяется, причем за 6 месяцев оно меняется на обратное.

Звезда, находящаяся в полюсе эклиптики, в течение года описывает на небесной сфере небольшую окружность, радиус которой равен постоянной аберрации а. Звезды, расположенные на эклиптике, колеблются взад и вперед по дуге длиной 2а. Звезды, находящиеся между полюсом и эклиптикой, описывают на небесной сфере маленькие эллипсы, большие оси которых равны 2а.

Для годичного движения Земли по орбите (средняя скорость v=30 километров в секунду) постоянная аберрации а=20,50 угловых секунд. Аберрационное смещение (меньшей величины) наблюдается также и в результате движения наблюдателя вследствие вращения Земли. Максимальная величина суточной аберрации (на экваторе при угле 90 градусов) составляет около 0,32 угловой секунды.

Влияние аберрации на результаты наблюдений приходится учитывать при решении многих астрометрических и небесно-механических задач. В частности, оно учитывается при наблюдении искусственных спутников Земли. В этом случае величина аберрационного смещения может достигать 4-6 угловых секунд.

С точки зрения теории относительности аберрация света является следствием перехода от системы отсчета (системы координат), связанной с источником света (небесным светилом), к системе отсчета, связанной с наблюдателем. Направление светового луча в двух системах отсчета, движущихся одна относительно другой, не совпадает. Разница между такими направлениями и представляет собой аберрацию света.

Энциклопедический словарь юного астронома, 1980 год