Τι είναι η αποπλάνηση του φωτός και ποιο το μέγεθός της σε σχέση με την παράλλαξη, όσον αφορά την τροχιά της Γης γύρω από τον Ήλιο;

Η αποπλάνηση του φωτός και η παράλλαξη, είναι και τα δύο, φαινόμενα που επηρεάζουν τις θέσεις των ουράνιων σωμάτων όπως αυτά παρατηρούνται από τη Γη.

Το φαινόμενο της αποπλάνησης του φωτός περιγράφει την αλλαγή στη φαινόμενη θέση ενός άστρου εξαιτίας της σχετικής κίνησης πηγή-παρατηρητή. Image Credit: Wikipedia.org

Πιο συγκεκριμένα, το φαινόμενο της αποπλάνησης του φωτός περιγράφει την αλλαγή στη φαινόμενη θέση ενός άστρου εξαιτίας της σχετικής κίνησης πηγή-παρατηρητή. Εξαρτάται από τη σχετική ταχύτητα των δύο σωμάτων και τη γωνία παρατήρησης. Ένας εύκολος τρόπος να το αντιληφθούμε αυτό, είναι να φανταστούμε ότι το άστρο βρίσκεται στις 0 μοίρες, δηλαδή ακριβώς μπροστά μας. Τότε, είτε πλησιάζουμε είτε απομακρυνόμαστε από αυτό, δε θα δούμε καμία διαφορά στη θέση του. Αντίθετα, όσο μεγαλύτερη είναι η γωνία που σχηματίζει με την ευθεία κίνησης του παρατηρητή (με μέγιστο προφανώς τις 90 μοίρες), τόσο πιο έντονο είναι το φαινόμενο.

Το φαινόμενο της αποπλάνησης του φωτός μετρήθηκε για πρώτη φορά από τον James Bradley (1693-1762) το 1725, ενώ παραδόξως προσπαθούσε να μετρήσει τη παράλλαξη. Στόχος ήταν το άστρο γ-Draconis και το μέγεθος του φαινομένου είναι περίπου 20’’ δευτερόλεπτα του τόξου (Για να αντιληφθούμε τα μεγέθη για τα οποία μιλάμε, το 1’’ αντιστοιχεί περίπου στο πως θα φαινόταν ένα δεκάλεπτο (του ευρώ) από απόσταση 4 χιλιομέτρων). Μάλιστα, τα ~20’’ είναι και η μέγιστη τιμή αποπλάνησης που μπορεί να παρατηρηθεί από τη Γη, με βάση τη ταχύτητα της και τη γωνία ενός άστρου.

Η πρώτη αυτή παρατήρηση είχε μια σειρά από συνέπειες: α) Επιβεβαίωσε ότι η ταχύτητα του φωτός είναι πεπερασμένη και έδωσε μια τιμή της (λανθασμένη, γιατί χρησιμοποιήθηκαν μη ακριβή στοιχεία για τη τροχιά της Γης), β) έκανε αναγκαία την εισαγωγή διορθώσεων στις αστρονομικές παρατηρήσεις και γ) επιβεβαίωσε ότι η Γη κινείται γύρω από τον Ήλιο.

Για να καταλάβουμε καλύτερα πως λειτουργεί η αποπλάνηση του φωτός, η κλασική αναλογία είναι η παρακάτω:

Φανταστείτε ότι βρέχει και είστε έξω με μια ομπρέλα. Δεν υπάρχει άνεμος, οπότε οι σταγόνες πέφτουν κατακόρυφα. Αν σταθείτε ακίνητοι με την ομπρέλα πάνω από το κεφάλι σας, δε θα βραχείτε. Αν αρχίσετε να κινήστε, πρέπει να κρατήσετε την ομπρέλα με μία κλίση, καθώς οι “μπροστινές” σταγόνες θα πέφτουν πάνω σας. Η κλίση αυτή εξαρτάται από τη ταχύτητα σας.

Η πλήρης ανάλυση του φαινομένου απαιτεί χρήση της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας, αλλά για μικρές ταχύτητες και γωνίες, η κλασική εικόνα είναι αρκετή.

Η παράλλαξη αφορά την αλλαγή της φαινόμενης θέσης των ουράνιων αντικειμένων όταν αυτά παρατηρούνται από διαφορετικά σημεία της ετήσιας τροχιάς της Γης γύρω από τον Ήλιο. Image Credit: Wikipedia.org

Η παράλλαξη αφορά την αλλαγή της φαινόμενης θέσης των ουράνιων αντικειμένων, όταν αυτά παρατηρούνται από διαφορετικά σημεία της ετήσιας τροχιάς της Γης γύρω από τον Ήλιο.

Για να μετρηθεί η παράλλαξη, εξαιτίας του πολύ μικρότερου μεγέθους του φαινομένου, χρειάστηκαν να περάσουν παραπάνω από 100 χρόνια. Παρατηρήθηκε για πρώτη φορά το 1838 από τον Γερμανό μαθηματικό και αστρονόμο Friedrich Bessel (1784-1846) για το άστρο 61 Cygni, με τιμή περίπου 0.3’’. Τη μεγαλύτερη παράλλαξη εμφανίζει ο εγγύτατος του Κενταύρου (Proxima Centauri), το κοντινότερο άστρο σε εμάς, και υπολογίζεται στα περίπου 0.8’’.

Σε αντίθεση με τη παράλλαξη, το μέγεθος της αποπλάνησης για συγκεκριμένο παρατηρητή – δηλαδή τη Γη στη περίπτωση μας – είναι ανεξάρτητο από την απόσταση πηγής-Γης και μεγαλύτερο από τη παράλλαξη. Επίσης, τα δύο φαινόμενα εμφανίζονται σε διαφορετικές περιοχές της τροχιάς της Γης – θυμηθείτε ότι η μέγιστη αποπλάνηση εμφανίζεται όταν το σώμα είναι ακριβώς πάνω από τον παρατηρητή (γωνία 90 μοίρες), ενώ η παράλλαξη τότε είναι μηδέν για το ίδιο αντικείμενο, αφού το βλέπουμε ακριβώς από πάνω μας και συνεπώς στην ακριβή του θέση – οπότε μπορεί να αποφευχθεί η σύγχυση σχετικά εύκολα.

Κλείνοντας, να σημειώσουμε ότι και τα δύο αυτά φαινόμενα, όπως κι άλλα (όπως η μετάπτωση του άξονα της Γης κτλ) είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη, για αστρονομικές παρατηρήσεις ακριβείας.

Ακτίνες φωτός χτυπούν τη Γη στο σύστημα αναφοράς του Ηλίου (αριστερά) σε σύγκριση με τις ίδιες ακτίνες στο σύστημα αναφοράς της Γης (δεξιά) με βάση την Ειδική θεωρία της Σχετικότητας. Το φαινόμενο έχει μεγενθυθεί στην εικόνα. Image Credit: Wikipedia