光行差是指運動著的觀測者觀察到光的方向與同一時間同一地點靜止的觀測者觀察到的方向有偏差的現(xiàn)象。光行差現(xiàn)象在天文觀測上表現(xiàn)得尤為明顯。由于地球公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)等原因,地球上觀察天體的位置時總是存在光行差,其大小與觀測者的速度和天體方向與觀測者運動方向之間的夾角有關(guān),并且在不斷變化。
m9jjKu]| `Pwf?_2n- t*6C?zEAU 光行差可以由速度疊加的
原理解釋。在沿EE'方向運動的觀察者看來,天體S好像位于S'的方向。
>s,*=a VeQ [A?pER 光行差本質(zhì)是由于光速有限以及
光源與觀察者存在相對運動造成的,類似于運動中的雨滴:下雨的時候,站在原地不動的人感覺到雨滴是從正上方落下的,而向前走的人感覺雨滴是從前方傾斜落下的,因此需要把傘微微向前傾斜。走得越快,需要傾斜得越厲害。光行差的成因與此相似,只不過不符合經(jīng)典的速度疊加法則,而是需要考慮相對論效應帶來的修正。
#-R]HLW* 36.mf_AM 地球上的觀測者與天體之間的相對運動可以分解為各種成分,分別對應下面幾種相應的光行差:
>SYOtzg% I<xcVY9L 周年光行差——地球繞太陽公轉(zhuǎn)造成的光行差,最大可以達到20.5角秒。天文學中定義周年光行差常數(shù)(簡稱光行差常數(shù))為κ=v/c,其中c是光速,v是地球繞太陽公轉(zhuǎn)的平均速度;
!VrBoU4<d Qt^6w}& 周日光行差——地球自轉(zhuǎn)造成的光行差,比周年光行差小兩個數(shù)量級,約為零點幾角秒;
9jl\H6JY| o$*DFvk 長期光行差——太陽系在宇宙空間中的運動造成的光行差,包括:
p!?7; 太陽自行造成的光行差,約為13角秒,但方向不變;
a"1LF` 太陽系繞銀河系自轉(zhuǎn)造成的光行差,約為100多角秒,但周期很長。
0&r}'f? `fVzY"Qv k 在一般問題中,長期光行差可以不必考慮。
TLVfu4 *0'{n*> 地球的公轉(zhuǎn)速度約為30公里/秒,光速為30萬公里/秒,由此可以估算出光行差帶來的
角度變化約為幾十角秒。這個角度對于小型的天文
望遠鏡來說非常微小,因此盡管歷史上很早就有人認為存在光行差,但直到1725年才由英國天文學家詹姆斯·布拉德雷在觀測恒星視差時意外發(fā)現(xiàn)。