Aberrazione della luce

Articolo 26.

L’aberrazione astronomica è un fenomeno che fa apparire una stella, osservata attraverso un telescopio, in un punto leggermente diverso da quello previsto. questo fenomeno era stato osservato nel 1727 dall’astronomo inglese James Bradley che, nel corso delle sue indagini, notò che le stelle sembravano essere soggette a un leggero movimento all’interno di un periodo dell’anno siderale. Egli pensava che questo movimento dipendesse dalla posizione della stella all’interno della sfera celeste. Ci sarebbero così due diverse aberrazioni. Una è la cosiddetta un’aberrazione “diurna”, che di solito è considerata trascurabile, causata, come si dice, dalla rotazione della Terra attorno al suo asse. Ci sarebbe poi anche un’aberrazione “annuale”, che è considerata la conseguenza del moto della Terra attorno al sole.

Possiamo spiegare questo fenomeno considerando che la luce della stella entra nel telescopio e, poiché la velocità della luce, sebbene molto veloce, è limitata e non infinita, impiega un po’ di tempo per raggiungere l’occhio dell’osservatore. Durante questo breve lasso di tempo la Terra si muove intorno al sole con una velocità media di circa 30 km/s, che rappresenta 1/1000 della velocità della luce.

La velocità della luce, quindi, subirà l’influenza della velocità della Terra, generando l’aberrazione, cioè un cambiamento apparente nella posizione della stella. Dopo sei mesi, infatti, la velocità della Terra sarà nella direzione opposta e la stella apparirà in una posizione leggermente diversa. Di nuovo direi che il concetto ha a che fare con la relatività Galileiana.

Una stella che è perpendicolare al piano orbitale della Terra ha un movimento circolare “di aberrazione” avente periodicità di un anno; una stella che si vede esattamente sul piano dell’eclittica ha un apparente movimento rettilineo, mentre, nelle posizioni intermedie, questo movimento sembra essere ellittico. Il valore di aberrazione massimo misurato durante l’anno è 20 “, 49 e si chiama costante di aberrazione annuale.

Un classico esempio usato per descrivere l’aberrazione è un uomo che cammina con un ombrello sotto la pioggia. Quando l’uomo si ferma in un punto, vede la pioggia cadere verticale. Ma, se inizia a correre, vedrà la pioggia cadere in diagonale. Questo è semplicemente un fenomeno apparente dovuto alla composizione di due velocità: quella della pioggia che cade e la velocità dell’uomo che corre.

Questo fenomeno è considerato una delle prime prove sperimentali che la Terra si muove intorno al sole e non il contrario. Infatti, se la Terra fosse immobile, non potremmo osservare l’aberrazione.

Altri invece potrebbero avere l’idea che la Terra sia piatta e immobile. Alcuni di questi  ipotizzano che ci sia un vento di etere che soffia a una velocità di 30 km/s trascinando la luce che proviene dalle stelle e genera, in questo modo, l’aberrazione. Mostrerò attraverso le pagine di questo blog che in realtà c’è un vento di etere sulla Terra, ma è molto più debole. Probabilmente ricordi infatti da uno degli ultimi articoli pubblicati, che l’esperimento di Michelson Morley fallì nel rilevare un vento di etere.

Un secondo esperimento diverso fatto da Michelson e Gale è riuscito a misurare un vento di etere con una velocità che cambia con la latitudine. Arriveremo in futuro a capire che questo vento è quello che mantiene il sole e la luna in movimento sulla loro traiettoria. Questo stesso vento è responsabile dell’aberrazione diurna ma non dell’aberrazione annuale molto più grande. Quindi, se l’aberrazione non è causata dall’etere, come possiamo spiegare questo fenomeno?

Il problema di base di quanto accade è la periodicità. In realtà, quando si considera il fenomeno, come abbiamo già notato, c’è un movimento periodico che presenta un ciclo di un anno. Ciò significa che, in sei mesi, l’aberrazione passa da un minimo a un massimo e questo ciclo viene ripetuto ogni anno. Ci è sempre stato insegnato dagli scienziati che la Terra si muove intorno al sole. Questo potrebbe spiegare l’aberrazione, ma gli astronomi credono anche che il sole si muova nella galassia verso Vega.

Il movimento di aberrazione quindi non dovrebbe essere un’ellisse ma una spirale. Tuttavia, l’aberrazione è stata davvero misurata. Quindi, come si può spiegare questo movimento periodico, misterioso, apparente?

Aberrazione: misurata sperimentalmente o semplicemente calcolata teoricamente?

Gli angoli di aberrazione sono molto piccoli ed è abbastanza difficile pensare che siano stati misurati evitando errori dovuti alla rifrazione. Quindi l’incredibile corrispondenza tra valori misurati e quelli teorici appare sorprendente. Vediamo la teoria. Consideriamo un telescopio di lunghezza pari a 1 metro. Il tempo impiegato dalla luce per percorrere un metro:

t = S/V = 0,001 [km] / 300000 [km / sec] = 3,33 × 10-9 sec

Durante questo tempo la Terra copre la distanza:

S = 30 [km / sec] x3,33 × 10-9 [sec] = 1 × 10-7 [km]

Quindi hai questa situazione (vedi anche figura):

Il lato verticale è la lunghezza del telescopio. Quello orizzontale è lo spazio coperto dalla Terra nel tempo impiegato dalla luce per raggiungere l’osservatore, α è l’angolo di aberrazione:

α = tg-1 (1 × 10-3 / 1 × 10-7) = 0,005 °

0,005 ° x3600 = 20” .62

Esattamente la costante di aberrazione. Congratulazioni! Questa è davvero una eccellente precisione sperimentale! O forse dovrei dire che, come al solito la scienza si piega alla propaganda?

È degno di nota il fatto che Bradley stesso abbia riconosciuto che questo fenomeno era lo stesso per tutte le stelle. All’inizio Bradley pensò che fosse causato dalla parallasse, cioè un errore ottico dovuto alle diverse posizioni della Terra durante l’anno. Ma se la modifica della posizione è la stessa per tutte le stelle, ciò potrebbe essere causato dalla parallasse solo se le stelle fossero tutte alla stessa distanza dalla Terra, cosa considerata assurda dallo stesso Bradley. Raggiunse, quindi, la conclusione che il fenomeno era causato dalla limitata velocità della luce.

Noi sappiamo in realtà, considerando che la Terra è piatta, che questo apparente cambiamento nella posizione delle stelle non può essere causato dalla parallasse perché la terra è immobile, e le stelle, mese dopo mese, sono alla stessa distanza (con piccole differenze) dalla Terra, quindi nessuna parallasse è possibile.

È importante considerare che questo fenomeno è ciclico e raggiunge il valore massimo in sei mesi. Questo potrebbe essere spiegato semplicemente come un fenomeno ottico refrattivo? Vediamo.

Un raggio di luce che, da una stella, raggiunge la Terra passa attraverso l’atmosfera che possiede un potere rifrattivo piccolo, ma comunque sensibile. Quindi, se il raggio di luce non è perfettamente perpendicolare alla Terra, è piegato con un piccolo angolo chiamato rifrazione astronomica che può essere così calcolato:

dove R è l’angolo di rifrazione espresso in minuti di grado e ha è l’angolo di altezza della stella. Questa formula è valida per una pressione atmosferica di 1010 mbar e una temperatura di 10 ° C. Se la temperatura e la pressione sono diverse, la rifrazione dovrebbe essere moltiplicata per

L’altezza reale della stella è H = ha + R, essendo R la rifrazione astronomica precedentemente calcolata. Il valore massimo di aberrazione misurato da Bradley è 20 “, 49 che è chiamato costante annuale di aberrazione e corrisponde al semiasse maggiore dell’ellisse dell’aberrazione.

L’angolo di rifrazione può assumere un valore massimo di 35 ‘, 4 sull’orizzonte ma è 3’, solo 3 ‘già a 17,5 °. Si noti che questo valore cambia con la temperatura (come con la temperatura cambia anche la densità dell’aria) e la temperatura cambia con le stagioni, e … mumble mumble … la differenza climatica massima con le stagioni è ciclica e ricorrente ogni sei mesi.

Il valore dell’angolo di rifrazione cambia di circa 1% per ogni 3 ° C nella variazione della temperatura. Se consideriamo una variazione di temperatura dall’estate all’inverno di 30 ° C, abbiamo un 10% di variazione sull’angolo di rifrazione. Vale a dire il 10% di 3 ‘, che è il nostro angolo di rifrazione medio di 0,3’. Questo dovrebbe corrispondere al 20″ di deviazione apparente dovuta alla rifrazione, (quando consideriamo una stella a 17 ° di altezza, ciò equivale abbastanza bene al valore di aberrazione).

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