17 Астрономическая рефракция

Явление преломления лучей света при прохождении границы раздела двух сред с различными коэффициентами преломления называется рефракцией. Всем знакома картина как бы сломанной чайной ложечки в стакане с водой. Точно так же преломляются световые лучи, попадая из безвоздушного космического пространства в атмосферу Земли, так как коэффициент преломления воздуха отличается от 1. Только преломление это происходит не резко, а постепенно, так как атмосфера Земли не имеет резкой границы, а плотность ее плавно уменьшается с высотой. Таким образом, астрономической рефракцией называется отклонение светового луча в атмосфере от своего первоначального направления по законам преломления (см. рис. 11). Отклонение всегда происходит в сторону зенита, т.е. рефракция всегда поднимает звезду над горизонтом. Поэтому наблюдаемое зенитное расстояние zн всегда меньше истинного z₀, а наблюдаемая высота hн всегда больше истинной h₀, на величину угла преломления  , которую мы в дальнейшем для краткости будем называть рефракцией: 

(9)

Рис. 11. Влияние рефракции на видимое положение светил

В зените рефракция равна нулю ( ), затем растет линейно с увеличением tg z (  ) до z=70^o. На больших зенитных расстояниях начинает сказываться сферичность атмосферы Земли и рефракция увеличивается медленнее. На горизонте  . Величина рефракции не является постоянной и зависит от температуры и плотности воздуха и некоторых других факторов. Поэтому имеет смысл говорить лишь о средней рефракции, для определения которой мы будем пользоваться таблицей в Приложении.

18 Аберрация.

Аберрация света - изменение направления распространения света (излучения) при переходе от одной системы отсчёта к другой. Пусть система отсчёта К' движется со скоростью v относительно системы отсчёта К. Углы, образуемые направлением распространения света с направлением движения К' относительно К, в К и К' обозначим соответственно  . Тогда, согласно специальной теории относительности, справедливо следующее соотношение между   и  :    Эта формула - следствие общей формулы преобразования скорости движения частицы при переходе от одной системы отсчёта к другой (см. Сложения скоростей закон) для того частного случая, когда скорость частицы равна с (скорости света). Угол   называется углом аберрации. Если  , то с точностью до членов порядка v/с формула (1) записывается в виде Из-за аберрации света наблюдатель, движущийся вместе с системой К', видит источник света, смещённый (по сравнению с направлением на источник в системе К) к апексу движения на угол  .

Аберрация света играет существенную роль при относительном движении источника и приёмника излучения со скоростями, близкими к с. Если в собственной системе отсчёта источника излучение происходит изотропно или с небольшой анизотропией, то в системе приёмника из-за аберрации света излучение сосредоточено в узком конусе с углом при вершине порядка  , определяемым формулой (1) в направлении движения источника. Такие движения происходят, например, при синхротронном излучении энергичных заряженных частиц в магнитных полях, на последних стадиях релятивистского гравитационного коллапса или при падении тел в поле тяготения чёрных дыр.

В практической астрономии аберрация света приводит к тому, что положение звёзд на небе меняется из-за движения наблюдателя вместе с Землёй. Так, вследствие годичного движения Земли вокруг Солнца со скоростью v_З звёзды описывают на небесной сфере аберрационные эллипсы, большая полуось которых имеет размер  , т. е. около 20,5".