У 1727 р. англійський астроном Джеймс Бредлі виявив, що всі зорі рухаються на небесній сфері по невеликих еліпсах, роблячи протягом року повний оберт. Це явище стали називати річною аберацією зір. Під час вивчення аберації виявилося цікаве явище: як би далеко від нас не перебувала зоря, вона все одно описує на небозводі еліпс, велику вісь якого ми бачимо під кутом у 41 секунду дуги. Менша ж вісь еліпса залежить від положення зорі: чим менший кут утворює промінь світла, що йде від зорі, з площиною орбіти Землі, тим менша буде ця вісь. Як це все пояснити?
Зробіть із паперу, що вбирає воду, дві довгі трубки. У безвітряну погоду під час сильного дощу проведіть такий дослід: одну з трубок поставте на землю вертикально, другу швидко переносьте в горизонтальному напрямку так, щоб вона при цьому весь час залишалася, як і перша, у вертикальному положенні. Тоді ви виявите, що дно першої трубки мокре, дно другої — сухе. Крапля дощу, що впала в рухому трубку, продовжує падати в напрямку дна трубки. Але сама трубка рухається вбік, і перш ніж крапля впаде на дно, вона зіткнеться з боковою стінкою трубки й увіб'ється папером. Жодна крапля не встигне досягти дна рухомої трубки. Якщо хочете, щоб у рухомої трубки також намокло дно, доведеться тримати трубку злегка нахиленою в напрямку руху (рис. 19).
Рис. 19. Схематичне зображення аберації зір
Аналогічно можна пояснити річну аберацію зір. Телескоп, спрямований на зорю, розташований на Землі, що рухається відносно Сонця зі швидкістю 30 км/с. Телескоп можна порівняти з рухомою трубкою, роль дощу виконує світло, що йде від зорі. Якщо ми спрямуємо телескоп точно на зорю, то світло зустрінеться зі стінкою телескопа й не досягне ока спостерігача. Щоб світло, яке потрапило в об'єктив телескопа, дійшло до окуляра, треба дещо нахилити телескоп у напрямку руху Землі. Кут нахилу α залежить при цьому від відношення швидкості Землі и швидкості світла
tg α = v/c.
де v — швидкість Землі.
Узявши v = 30 км/с і c = 300 тис. км/с, отримаємо, що tg α = 0,0001.
З таблиці тангенсів знаходимо, що кут α=20,5".
З попереднього випливає, що ми бачимо всі зорі на небозводі зміщеними на 20,5" у бік руху Землі. Оскільки протягом року напрямок руху Землі змінюється, потрібно змінювати й кут нахилу телескопа. Так створюється враження, що змінюється положення зорі на небозводі. Якщо світло, що йде від зорі, падає перпендикулярно до площини земної орбіти, то зоря описує протягом року на небі кружечок, видимий під кутом у (20,5+20,5) 41 секунду дуги. Якщо ж світло від зорі йде до нас у площині земної орбіти, то ми бачимо зорю, що коливається вздовж відрізка, який ми бачимо під кутом у 41 секунду дуги. Усі зорі з проміжними положеннями здаються такими, що рухаються по еліпсах.
Рис. 20. Походження річної аберації зір.
М і М′ — положення Землі в теперішній[момент і через пів року. Суцільна стрілка показує істинний напрямок на зорю; пунктирна — напрямок на видиме положення зорі. Кут між цими напрямками на рисунку сильно збільшено, насправді він має дорівнювати 20,5 секунди дуги
Теоретичне пояснення результатів спостережень Бредлі виявилося зовсім простим: річна аберація зір виникає завдяки додаванню швидкості світла й швидкості руху Землі, внаслідок чого змінюється напрямок світла. Таке пояснення, проте, начисто відкидає будь-яку надію вважати середовище, в якому поширюється світло, шуканою системою відліку. Якби швидкість світла відносно земної атмосфери була с, то швидкість світла ніяк не могла б додаватися до швидкості Землі — адже земна атмосфера рухається разом із Землею. Річна аберація зір показує, що ефір не є системою відліку, відносно якої світло поширюється в усіх напрямках зі швидкістю с. Це несподіваний результат. До ще дивніших висновків вів дослід Фізо.
Зробіть із паперу, що вбирає воду, дві довгі трубки. У безвітряну погоду під час сильного дощу проведіть такий дослід: одну з трубок поставте на землю вертикально, другу швидко переносьте в горизонтальному напрямку так, щоб вона при цьому весь час залишалася, як і перша, у вертикальному положенні. Тоді ви виявите, що дно першої трубки мокре, дно другої — сухе. Крапля дощу, що впала в рухому трубку, продовжує падати в напрямку дна трубки. Але сама трубка рухається вбік, і перш ніж крапля впаде на дно, вона зіткнеться з боковою стінкою трубки й увіб'ється папером. Жодна крапля не встигне досягти дна рухомої трубки. Якщо хочете, щоб у рухомої трубки також намокло дно, доведеться тримати трубку злегка нахиленою в напрямку руху (рис. 19).
Рис. 19. Схематичне зображення аберації зірАналогічно можна пояснити річну аберацію зір. Телескоп, спрямований на зорю, розташований на Землі, що рухається відносно Сонця зі швидкістю 30 км/с. Телескоп можна порівняти з рухомою трубкою, роль дощу виконує світло, що йде від зорі. Якщо ми спрямуємо телескоп точно на зорю, то світло зустрінеться зі стінкою телескопа й не досягне ока спостерігача. Щоб світло, яке потрапило в об'єктив телескопа, дійшло до окуляра, треба дещо нахилити телескоп у напрямку руху Землі. Кут нахилу α залежить при цьому від відношення швидкості Землі и швидкості світла
tg α = v/c.
де v — швидкість Землі.
Узявши v = 30 км/с і c = 300 тис. км/с, отримаємо, що tg α = 0,0001.
З таблиці тангенсів знаходимо, що кут α=20,5".
З попереднього випливає, що ми бачимо всі зорі на небозводі зміщеними на 20,5" у бік руху Землі. Оскільки протягом року напрямок руху Землі змінюється, потрібно змінювати й кут нахилу телескопа. Так створюється враження, що змінюється положення зорі на небозводі. Якщо світло, що йде від зорі, падає перпендикулярно до площини земної орбіти, то зоря описує протягом року на небі кружечок, видимий під кутом у (20,5+20,5) 41 секунду дуги. Якщо ж світло від зорі йде до нас у площині земної орбіти, то ми бачимо зорю, що коливається вздовж відрізка, який ми бачимо під кутом у 41 секунду дуги. Усі зорі з проміжними положеннями здаються такими, що рухаються по еліпсах.
Рис. 20. Походження річної аберації зір.М і М′ — положення Землі в теперішній[момент і через пів року. Суцільна стрілка показує істинний напрямок на зорю; пунктирна — напрямок на видиме положення зорі. Кут між цими напрямками на рисунку сильно збільшено, насправді він має дорівнювати 20,5 секунди дуги
Теоретичне пояснення результатів спостережень Бредлі виявилося зовсім простим: річна аберація зір виникає завдяки додаванню швидкості світла й швидкості руху Землі, внаслідок чого змінюється напрямок світла. Таке пояснення, проте, начисто відкидає будь-яку надію вважати середовище, в якому поширюється світло, шуканою системою відліку. Якби швидкість світла відносно земної атмосфери була с, то швидкість світла ніяк не могла б додаватися до швидкості Землі — адже земна атмосфера рухається разом із Землею. Річна аберація зір показує, що ефір не є системою відліку, відносно якої світло поширюється в усіх напрямках зі швидкістю с. Це несподіваний результат. До ще дивніших висновків вів дослід Фізо.