Kas ir gaismas aberācija?

Gaismas aberācija tika atklāta 17. gadsimtā, kad tika mēģināts izmērīt attālumus no Zemes līdz dažādām zvaigznēm, izmantojot paralaksi — jēdzienu, kas apraksta, kā šķiet, ka objekta pozīcija mainās, novērojot to no dažādām vietām. Ideja bija tāda, ka, Zemei riņķojot ap Sauli, zvaigznes šķietamajai pozīcijai būtu jāmainās visu gadu. Ja precīza zvaigznes atrašanās vieta debesīs tika pārbaudīta noteiktā datumā, pēc tam vēlreiz pārbaudīta sešus mēnešus vēlāk, kad Zeme atradās pretēji savai pozīcijai, salīdzinot ar pirmo mērījumu, tika iegūti divi mērījumi, kas atdalīti ar Zemes orbītas diametru — aptuveni 299 337 984 km attālums. Tas tika uzskatīts par pietiekamu, lai iegūtu paralakses vērtību un tādējādi aprēķinātu zvaigznes attālumu, izmantojot trigonometriju.

Tika veikti vairāki mērījumi, taču rezultāti bija mulsinoši. Novērotās zvaigznes lielākajam šķietamajam pārvietojumam vajadzēja būt konstatētam starp novērojumiem ar sešu mēnešu intervālu, kad novērojumu vietas bija vistālāk viena no otras. Tomēr faktiskie pārvietojumi sekoja pavisam citam modelim un acīmredzami nebija paralakses dēļ. Tika konstatēts, ka, piemēram, Pola zvaigzne Polaris iet pa aptuveni apļveida ceļu, kura diametrs ir aptuveni 40 loka sekundes (1,02 m), loka sekunde ir 1/3,600 grāda. Paralakses pārvietojums notiek, taču tas ir ļoti mazs pat tuvākajām zvaigznēm, un to nebūtu bijis iespējams izmērīt, izmantojot tajā laikā pieejamos instrumentus.

1729. gadā šo noslēpumu atrisināja britu karaliskais astronoms Džeimss Bredlijs. Viņš atklāja, ka novērotās zvaigznes stāvokļa izmaiņas ir saistītas ar Zemes ātrumu, nevis tās atrašanās vietu attiecībā pret zvaigzni. Zvaigznes gaismai ir nepieciešams laiks, lai sasniegtu Zemi, un, tā kā Zeme kustas, šķiet, ka zvaigžņu gaisma nāk no punkta, kas ir nedaudz pārvietots no zvaigznes patiesās pozīcijas kustības virzienā. Vislielākās nobīdes tiek novērotas, kad Zemes kustība ir perpendikulāra zvaigžņu gaismas virzienam. Tāda pati parādība ir novērojama arī vertikāli līstot lietum; kustīgam novērotājam — piemēram, vilcienā vai autobusā — lietus krīt pa diagonāli no sākuma punkta kustības virzienā pirms novērotāja.

Bredlija aprēķins, izmantojot gaismas ātrumu un Zemes kustības ātrumu ap Sauli, liecināja par maksimālo pārvietošanos aptuveni 50,8 cm uz abām pusēm no Polaris patiesās pozīcijas. Tas nodrošināja kopējo variāciju aptuveni 1,02 m apmērā gada laikā, saskaņā ar novērojumiem. Aprēķinot gaismas aberāciju, mūsdienu astronomiem ir jāņem vērā relativitātes teorijas ietekme, taču vairumā gadījumu klasiskais aprēķins ir piemērots.

Zvaigžņu pozīciju sezonālās izmaiņas ir zināmas kā ikgadējās aberācijas vai zvaigžņu aberācijas, un zvaigznes patieso stāvokli sauc par tās ģeometrisko stāvokli. Mazākus pārvietojumus rada Zemes rotācija; to sauc par diennakts aberāciju. Sekulārā aberācija ir termins, ko lieto, lai aprakstītu astronomisko aberāciju, ko izraisa Saules sistēmas kustība galaktikā; lai gan tas ietekmē ļoti tālu zvaigžņu un citu galaktiku šķietamās pozīcijas, tas ir ļoti mazs un parasti netiek ņemts vērā. Aprēķinot zvaigžņu aberāciju, jāņem vērā tikai Zemes kustība; tomēr planētu aberācijas, kas ietekmē planētu šķietamās pozīcijas, rodas gan Zemes, gan planētu kustības rezultātā, tāpēc abas ir jāiekļauj, lai aprēķinātu pareizo vērtību.