§ 2.6. Движение Земли вокруг Солнца. Параллакс и аберрация

Так как наблюдатель вместе с Землей движется в пространстве вокруг Солнца почти по окружности, то направление с Земли на близкую звезду должно меняться и близкая звезда должна казаться описывающей на небе в течение года некоторый эллипс. Этот эллипс, называемый параллактическим, будет тем более сжатым, чем ближе звезда к эклиптике и тем меньшего размера, чем дальше звезда от Земли. У звезды, находящейся в полюсе эклиптики, эллипс превратится в малый круг, а у звезды, лежащей на эклиптике, — в отрезок дуги большого круга, который земному наблюдателю кажется отрезком прямой (рис. 2.6). Большие полуоси параллактических эллипсов равны годичным параллаксам звезд.

Рис. 2.6. Параллактические эллипсы.

Следовательно, наличие годичных параллаксов у звезд является доказательством движения Земли вокруг Солнца.

Первые определения годичных параллаксов звезд были сделаны в 1835-1840 гг. Струве, Бесселем и Гендерсоном. Хотя эти определения были не очень точными, однако они не только дали объективное доказательство движения Земли вокруг Солнца, но и внесли ясное представление об огромных расстояниях, на которых находятся небесные тела во Вселенной.

Вторым доказательством движения Земли вокруг Солнца является годичное аберрационное смещение звезд, открытое еще в 1728 г. английским астрономом Брадлеем.

Аберрацией вообще называется явление, состоящее в том, что движущийся наблюдатель видит светило не в том направлении, в котором он видел бы его в тот же момент, если бы находился в покое. Аберрацией называется также и сам угол между наблюдаемым (видимым) и истинным направлениями на светило. Различие этих направлений есть следствие сочетания скорости света и скорости наблюдателя.

Пусть в точке К (рис. 2.7) находится наблюдатель и крест нитей окуляра инструмента, а в точке О— объектив инструмента. Наблюдатель движется по направлению КА со скоростью v.

Рис. 2.7. Влияние аберрации света на видимое положение светил.

Луч света от звезды М встречает объектив инструмента в точке О и, распространяясь со скоростью с, за время  пройдет расстояние ОK = с и попадет в точку K. Но изображение звезды на крест нитей не попадет, так как за это же время  наблюдатель и крест нитей переместятся на величину KK₁ = v и окажутся в точке K₁. Для того чтобы изображение звезды попало на крест нитей окуляра, надо инструмент установить не по истинному направлению на звезду КМ, а по направлению К₀О и так, чтобы крест нитей находился в точке К₀ отрезка К₀К = К₁К = v . Следовательно, видимое направление на звезду К₀М' должно составить с истинным направлением КМ угол , который и называется аберрационным смещением светила.

Из треугольника КОК₀ следует: или, по малости угла ,

где  — угловое расстояние видимого направления на звезду от точки неба, в которую направлена скорость наблюдателя. Эта точка называется апексом движения наблюдателя.

Наблюдатель, находящийся на поверхности Земли, участвует в двух ее основных движениях: в суточном вращении вокруг оси и в годичном движении Земли вокруг Солнца. Поэтому различают суточную и годичную аберрации. Суточная аберрация есть следствие сочетания скорости света со скоростью суточного вращения наблюдателя, а годичная — со скоростью его годичного движения.

Так как скорость годичного движения наблюдателя есть скорость движения Земли по орбите v = =29,78 км/с, то, принимая с = 299 792 км/сек, согласно формуле (2.18), будем иметь

 ” sin   20”,50 sin .

Число k₀ = 20”,496  20",50 называется постоянной аберрации.

Так как апекс годичного движения наблюдателя находится в плоскости эклиптики и перемещается за год на 360°, то видимое положение звезды, находящейся в полюсе эклиптики ( =  = 90°), описывает в течение года около своего истинного положения малый круг с радиусом 20”,50. Видимые положения остальных звезд описывают аберрационные эллипсы с полуосями 20",50 и 20”,50 sin  , где  — эклиптическая широта звезды. У звезд, находящихся в плоскости эклиптики ( = 0), эллипс превращается в отрезок дуги длиной 20”,50  2 = 41”,00, точнее, 40",99.

Таким образом, самый факт существования годичного аберрационного смещения у звезд является доказательством движения Земли вокруг Солнца.

Различие между параллактическим и аберрационным смещением заключается в том, что первое зависит от расстояния до звезды, второе только от скорости движения Земли по орбите. Большие полуоси параллактических эллипсов различны для звезд, находящихся на разных расстояниях от Солнца, и не превосходят 0",76, тогда как большие полуоси аберрационных эллипсов для всех звезд, независимо от расстояния, одинаковы и равны 20”,50.

Кроме того, параллактическое смещение звезды происходит в сторону видимого положения Солнца, аберрационное же смещение направлено не к Солнцу, а к точке, лежащей на эклиптике, на 90° западнее Солнца.