Co to jest aberracja gwiezdna zwana też astronomiczną?
Na to pytanie powszechnie opowiada się o nachyleniu teleskopu w kierunku ruchu Ziemi i analogii do spaceru w deszczową pogodę.
rys.1
No dobrze, a skąd mamy wiedzieć, że pochylając teleskop obserwujemy obraz gwiazdy pozorny, a nie rzeczywisty? Przecież na gwieździe nie powiewa chorągiewka z napisem "aberracja".
rys.2
Otóż wszystko zaczęło się od Jamesa Bradleya, który obserwował paralaksę astronomiczną...
No tak, ale co to jest paralaksa?
Sprawa jest prosta. Paralaksa to zmiana położenia obiektu obserwowanego względem odległego tła, co z łatwością zaobserwujemy wyciągając przed siebie palec (rys.3) i przymykając raz jedno raz drugie oko, a im dalej odsuniemy palec (rys.4) tym zmiana położenia będzie mniejsza. W przypadku obserwacji gwiazdy odpowiednikiem tejże będzie palec, zegar będzie odpowiednikiem odległych gwiazd, a jednym i drugim okiem symulujemy położenie Ziemi na orbicie wokół Słońca.
rys.3
rys.4
Rys. 5 pokazuje jak tańczą w swym paralaktycznym tańcu gwiazdy na niebie:
rys.5
( im większy kąt nachylenia do płaszczyzny orbity tym gwiazdy zataczają okrąglejszą elipsę)
rys.6
(aberracja widziana "z zewnątrz", obserwator znajduje się wewnątrz)
Wróćmy do Bradleya. Co takiego zobaczył Bradley?
Kiedy Bradley obserwował paralaksę gwiazdy Draconis nie zgodziły mu się przewidywania z tym co zaobserwował, a zaobserwował obróconą (czerwona) elipsę zamiast "normalnej"...
rys.7
... o czym pisze tutaj Jan Królikowski: C jako predkość graniczna
Bradley długo zastanawiał się nad tym co właściwie zaobserwował, aż w końcu wpadł na to, że ta anormalna paralaksa jest normalną aberracją spowodowaną ruchem Ziemi wokół Słońca. Na poniższej poglądowej animacji widzimy jak aberracja (gwiazdka biała) nie nadąża za paralaksą (gwiazdka czerwona) obserwowanej (fioletowej) gwiazdy, a największą rozbieżność mamy wtedy, gdy Ziemia ma największą prędkość w stosunku do gwiazdy podobnie jak pociąg względem pasażera stojącego na peronie.
rys.8
Bliżej przyjrzeć się aberracji i paralaksie można za pomocą programu (rys.9):
rys.9
Link do programu StellarParallaxAberration.jar: Paralaksa i aberracja gwiezdna
Polecam również animacje ze strony: Massimo Mogi Vicentini: 3D graphics
Jak pospolicie tłumaczy się zjawisko aberracji?
Ano w ten sposób, że kąt nachylenia teleskopu ma podobno wynikać ze złożenia wektorowego prędkości Ziemi (V) i światła (C), a ponieważ jakoby światło dociera do Ziemi zawsze z prędkoscią C, toteż zawsze otrzymujemy stały kąt aberracji równy 20,5 sekundy łuku (dla aberracj rocznej) zgodnie ze wzorem
tangenskąta = v/c
rys.10
To C+V na animacji (rys.10) wzbudza oczywiście panikę wsród relatywistów o czym informuje Wiki:
Jednakże złożenie prędkości Ziemi i światła nie jest poprawną interpretacją, daje w rzeczywistości błędne wyniki, wymaga bowiem istnienia prędkości większych niż prędkość światła
...i nakazuje relatywistom wnieść korektę za pomocą czynnika gamma Lorentza
tangenskąta= gamma * v/c
A przecież z animacji wynika, że ta histeria jest nieuzasadniona - światło ma prędkość C, a C+V to tylko matematyczne złożenie dwóch fizycznych wielkości.
Aberracja gwiezdna wciąż wzbudza kontrowersje; pisze się o "podwójnym przeciągnięciu" grawitacyjnym...
Another explanation of stellar aberration
rys.11
...o eterze ziemskim i gwiezdnym Stellar aberration with ether itp.
rys.12
>
A gdyby tak uznać, że prędkość światła sumuje się z predkością źródła?
Wówczas fotony z gwiazd poruszających się "w bok" docierałyby do Ziemi ruchem skośnym podobnie jak seria pocisków z karabinu maszynowego wystrzelona z okna jadącego pociągu do mijanego drzewa...
rys.13
... i nie miałoby to wpływu na aberrację - po prostu takie gwiazdy byłyby obserwowane jak zwykłe stacjonarne gwiazdy i wykazywałyby ponadnormatywny blueshift lub redshift w zależności od tego, czy zbliżałyby się do Ziemi czy oddalały od niej. Być może nawet musielibyśmy uznać, że Wszechświat wcale nie rozszerza się szybciej, a tylko gwiazdy w puchnącym Wszechświecie poruszają się nie tylko "w przód" ale też "w bok" dając dodatkowy redshift.
rys.14
Czy nasze oczy przystosowane są do odbioru fotonów charakteryzujących się ruchem bocznym?
Poniższy model (rys.15) ocznego receptora wykazuje, że z fotonami poruszającymi się ruchem skośnym nasze oczy radziłyby sobie całkiem nieźle:
rys.15
Oczywiście sumowanie prędkości źródła ze światłem (v+c) wyklucza interpretację mówiącą o wyłącznie prostopadłym do Ziemi padaniu światła z gwiazd - światło padałoby nie dość, że pod różnymi kątami, ale też z różnymi prędkościami. Niemożliwe? Możliwe, a nawet całkiem prawdopodobne, ponieważ np. nie zaobserwowano aberracji światła na Ziemi, co może świadczyć o sumowaniu prędkości Ziemi i światła:
rys.16
(nie stwierdzono "ziemskiej" aberracji, choć eksperyment Dowżenki sugeruje co innego)
Również brak zmiany kąta aberracji w teleskopie napełnionym wodą (swiatło w wodzie zwalnia, a mimo to kąt aberracji nie zmienia się) nie przeczyłby tezie o świetle uderzającym w teleskop z prędkością >c.
rys.17
Jak C + V wyglądałoby od strony lunety/detektora?
Bardzo prosto!
Widmo światła uderzającego w teleskop z prędkością >c ulegałoby przesunięciu w kierunku wyższych częstotliwości i to wszystko.
rys.18
Rysunek 19 pokazuje światło "normalne" padające na obiektyw teleskopu:
rys.19
A na rysunku 20...
rys.20
...wiązka światła uderzająca w obiektyw z prędkością >c ulega przesunięciu w zakresie całego widma - podczerwień staje się dla detektora czerwienią, czerwień zielenią, zieleń niebieszczeje itd. a soczewka (będąca również pryzmatem) co "widzi"? "Widzi" światło białe. Soczewce wszystko jedno czy światło uderza w nią z prędkością c , c-v czy c+v. Prawda, że proste? :)
P.S.
Co o aberracji sądzi dr. Janusz B. Kępka możemy przeczytać tu:
Aberracja astronomiczna
Dyskusja o artykule na temat aberracji w Wikipedii:
Aberracja - dyskusja
1.Tajemnice gwiezdnej aberracji
2.Aberracja w oparach relatywistycznego bagna.
3.Quo vadis Aberracjo?
4.Aberracja gwiezdna - ostateczne rozwiązanie!
