Эволюция Вселенной и происхождение жизни

Видимое положение источника света, наблюдаемого движущимся глазом, в общем случае отличается от того, какое видит неподвижный глаз. Неизменным оно остается только при движении вдоль луча зрения, направленного на объект (вперед или назад). Но если есть составляющая движения, перпендикулярная лучу зрения, то объект виден в ином положении, слегка сдвинутом в направлении движения.

Причину этой аберрации света можно понять в любой дождливый день. Когда вы сидите в неподвижном автомобиле, капли дождя падают вертикально. Но если автомобиль движется, капли кажутся падающими под наклоном, с направления, немного сдвинутого вперед по ходу машины. Это происходит потому, что вы и в этом случае используете автомобиль как систему отсчета, а он уже движется. Если скорость наблюдателя значительно меньше скорости света, как в случае движения Земли по орбите вокруг Солнца, очень легко понять происхождение аберрации и вывести для нее математическую формулу (рис. 8.2).

Угловое смещение изображения зависит от отношения скорости наблюдателя к скорости света (V/c). Это смещение зависит также от угла между направлением на объект (скажем, звезду) и направлением движения. Если этот угол равен нулю, то смещения вообще не будет. И оно максимально, когда движение направлено перпендикулярно относительно направления на звезду (угол = 90°). Например, орбитальная скорость Земли составляет около 30 км/с.

Ее отношение к скорости света равно 1/10 000, что соответствует примерно 20" [= 360 x 60 x 60/(2π х 10 000)]. Так что неслучайно наблюдаемое отклонение у Дракона от ее среднего положения составляет 20": Молине и Брадлей просто наблюдали аберрацию света. Слово «аберрация» происходит от латинского глагола ab erro (сдвинуться, отклониться). По-видимому, впервые его употребил для обозначения крошечного сдвига звезд Евстахий Манфреди (Eustachio Manferdi) в том же 1629 году, когда Брадлей объявил о своем открытии. Этот итальянский астроном, разумеется, не знал истинной причины сдвига.

Рис. 8.2. Простая аналогия аберрации света. Бегущий под дождем человек наклоняет зонт в направлении движения, как будто дождевые капли падают вниз под углом.

Сегодня мы знаем, что Этамин находится довольно далеко и его годичный параллакс равен примерно 0,02", что гораздо меньше 20". С помощью телескопа Молине и его метода невозможно было заметить столь малый параллактический эффект на фоне значительно более сильной аберрации.

Пятьюдесятью годами ранее: Рёмер и скорость света.

Открытие аберрации стало значительным событием с нескольких точек зрения. Прежде всего это было очень важно для астрономов, измеряющих положения звезд и пытающихся определить расстояние до них. Но это открытие одним выстрелом убило двух зайцев. Наличие аберрации доказало, что Земля действительно движется в пространстве относительно звезд, то есть обращается вокруг Солнца. Для этой цели аберрация оказалась даже лучшим тестом, чем значительно меньший годичный параллакс. Движение Земли стало наблюдаемым фактом. Кроме того, было подтверждено, что скорость света конечна, хотя и очень велика. До открытия Брад-лея вопрос о скорости света оставался спорным, несмотря на то что в 1676 году датский астроном Оле Рёмер (1644–1710), работающий тогда в Париже, опубликовал доклад, по сути содержавший первое измерение скорости света.

Он изучал движение ближайшего спутника Юпитера — Ио, надеясь использовать его как «часы» для определения географической долготы в открытом море (этот способ предложил Галилей). Но часы оказались не такими точными, как предполагалось. Иногда они «спешили», а иногда «отставали», в зависимости от того, был ли Юпитер по одну сторону от Солнца с Землей или же Земля и Юпитер оказывались по разные стороны от Солнца. Рёмер убедился, что эти 22-минутные вариации обусловлены не ошибками в конструкции космических часов, а конечным значением скорости света. Это как раз то время, за которое свет проходит расстояние, равное диаметру земной орбиты. В его докладе не было подробных вычислений скорости. Рёмер только рассказал, как он обнаружил видимые изменения в движении Ио и что это укрепило его уверенность в том, что причиной изменений служит конечность скорости света. Если проделать вычисления с современными единицами измерения, то получим скорость около 227 000 км/с, а ее точное значение равно

с = 299 792,458 км/с.

Различие обусловлено трудностью хронометража движения Ио. В любом случае скорость света огромна по сравнению с привычными движениями на Земле. Чтобы ее измерить, было необходимо перейти в «космическую лабораторию», где даже свету требуется заметное время для преодоления больших расстояний.