![]() |
![]() |
|
![]() | ![]() |
Наблюдение звездной аберрации Дж. Брэдли Именно явлением аберрации, имеющим место и в отсутствие эффектов теории относительности, мы начинаем раздел, посвященный последней. Это неслучайно, ведь несмотря на существенно различающиеся картины мира, которые создавала физика у исследователей XIX и XX веков, зерна современной науки можно было узреть и задолго до Альберта Эйнштейна. Необходимо отметить, что специальная теория относительности (СТО) неразрывно связана с изучением законов распространения света: действительно, в качестве одного из постулатов СТО выдвигается утверждение о независимости скорости света в вакууме от движения наблюдателя. Поэтому аберрация, а именно смещение видимого положения звезд на небе вследствие движения Земли, прокладывает дорогу к СТО. Сущность аберрации сложно описать изящнее, чем на основе аналогии с пешеходом под дождем (Берклеевский курс физики, т.1, см. рис.): «Когда нет ветра, капли падают вертикально и человек не промокнет, если он будет неподвижно стоять под зонтиком, держа его прямо над головой. Если человек побежит вперед, держа зонтик в том же положении, его пальто промокнет спереди. Относительно движущегося человека капли уже не падают строго по вертикали.»
Количественное изложение данного явления предлагает закон сложения скоростей: капли дождя в системе отсчета, связанной с движущимся прохожим, имеют как вертикальную, так и горизонтальную компоненту скорости, причем последняя в равна скорости пешехода, взятой с противоположным знаком. В результате для движущегося пешехода капли падают уже не вертикально.
Получим
нерелятивистскую формулу для аберрации, используя чисто кинематический подход
(см. рис.). Свет от звезды, которая находится на очень большом расстоянии от
Земли под углом
Предположим, что
телескоп наблюдателя направлен по углом
Чтобы луч света беспрепятственно пролетел через телескоп, необходимо, чтобы
что в случае Данная формула (если ее обобщить на трехмерный случай) хорошо описывает величину звездной
аберрации — однако при ее выводе мы считали звезду неподвижной! На самом деле скорости галактик
(казавшихся астроному XVIII века всего лишь звездами)
относительно Солнца во много раз превышают скорость движения Земли по орбите,
тем не менее относительные положения движущихся в разных направлениях звезд и
галактик в одной части небесной сферы не меняются вследствие аберрации. Это
можно объяснить тем, что величина
Таким образом, в начале XVII века аберрацию зачастую приписывали ошибкам в расчетах астрономов и некорректному учету рефракции — преломления лучей в земной атмосфере. Причина такого взгляда состояла в отсутствии теории этого явления.
Однако встает естественный вопрос: как создать эталон направления на небесной сфере, чтобы сравнивать
с ним положения звезд с разницей в полгода? Поскольку положения всех звезд (в том числе полярной)
подвержены годичной аберрации, их нельзя использовать в качестве такого
эталона. Брэдли решил эту проблему, изучая положения звезд относительно зенита
в точке их прямого восхождения. Именно такой была изучавшаяся им Собранный Брэдли зенитный телескоп изображен на рисунке справа. Металлическая
труба длиной более 6 метров, в которой располагались оптические элементы, могла
поворачиваться вблизи вертикального положения, которое фиксировалось подвесом.
При этом зрительный конец трубы двигался вдоль круговой шкалы, по которой можно
было фиксировать склонение звезды. Поскольку ось Земли не меняет своего
направления в пространстве в течение года, одна и та же точка на земной
поверхности во все времена года поворачивается к неподвижным звездами под
одними и теми же углами. В частности, для лондонцев Полученным результатам Брэдли дал объяснение на основе закона сложения скоростей, который
почерпнул из ньютоновской физики и «здравого смысла»: скорость света складывается
со скоростью наблюдателя, т.е. Земли, поэтому в системе отсчета, связанной с
движущейся Землей, кажется, что направление светового луча другое. Это
соответствовало концепции «эфирного ветра», который должен дуть в движущейся
системе отсчета со скоростью, противоположной скорости движения этой системы.
Эфир понимался как светоносная среда: свет распространяется относительно него с
постоянной скоростью, равной Немного отклоняясь
от темы, следует заметить, что аналог «эфирного ветра» существует в случае
звуковых волн: это обычный ветер, ощутимо дующий нам в лицо, когда мы едем на
велосипеде. Звук распространяется со скоростью <<К предыдущему эксперименту | Специальная теория относительности | К следующему эксперименту>> |
|