Аберрация — отклонение в измерениях и наблюдениях¶
Аберрация (от лат. aberratio — «отклонение») — отклонение положения наблюдаемого объекта или хода луча от ожидаемого, обусловленное движением наблюдателя, наблюдаемого объекта или особенностями оптической системы. Термин применяется в астрономии, оптике, физике и смежных дисциплинах.
¶Аберрация света
Наиболее известное значение термина связано с явлениям аберрации света, открытым английским астрономом Джеймсом Брэдли в 1727—1729 годах. Суть явления: из-за конечной скорости света и движения Земли вокруг Солнца наблюдаемые положения звёзд смещаются относительно их истинных координат.
При наблюдении звезды с Земли, движущейся с орбитальной скоростью около 30 км/с, луч света должен быть принят под небольшим углом к направлению на звезду — так же, как капли дождя кажутся наклонёнными для человека, идущего под дождём. Угловое смещение (постоянная аберрация) составляет около 20,5 угловой секунды и зависит от отношения скорости Земли к скорости света.
Английский астроном Джеймс Брэдли открыл аберрацию, пытаясь обнаружить параллакс звёзд — годовое смещение, обусловленное обращением Земли вокруг Солнца. Вместо параллакса он обнаружил смещение с другим периодом и фазой, что и позволило объяснить явление движением Земли относительно потока звёздного света. Открытие Брэдли стало первым прямым доказательством движения Земли вокруг Солнца и одним из ключевых аргументов в пользу гелиоцентрической системы.
¶Виды аберрации света
- Постоянная (годовая) аберрация — обусловлена обращением Земли вокруг Солнца; максимум смещения наблюдается, когда звезда расположена в плоскости эклиптики перпендикулярно направлению на Солнце.
- Вековая аберрация — связана с движением Солнечной системы относительно ближайших звёзд; составляет доли угловой секунды.
- Нутационная аберрация — вызвана нутацией (колебаниями) земной оси; величина не превышает 0,3 угловой секунды.
- Планетарная аберрация — возникает при наблюдении объектов Солнечной системы, движущихся относительно Земли.
¶Аберрация в оптике
В оптике аберрация — это отклонение реальной оптической системы от идеальной, при которой все лучи от точечного источника должны сходиться в одну точку. Идеальная оптика, дающая безаберрационное изображение, в реальности недостижима; аберрации ограничивают разрешающую способность и качество изображения.
¶Хроматическая аберрация
Хроматическая аберрация обусловлена зависимостью показателя преломления стекла от длины волны света. Лучи разных цветов фокусируются в разных точках, что приводит к цветной кайме вокруг изображений. Различают поперечную хроматическую аберрацию (различие поперечных увеличений для разных цветов) и продольную (расхождение фокусных плоскостей).
Для устранения хроматической аберрации применяются ахроматы — системы из двух линз из стёкол с различной дисперсией, а также апохроматы и суперапохроматы, корректирующие несколько длин волн.
¶Сферическая аберрация
Сферическая аберрация возникает потому, что лучи, проходящие через краевые зоны линзы, фокусируются ближе к линзе, чем лучи центральной зоны. Для её устранения используют линзы сложной формы, диафрагмы, комбинации линз.
¶Кома и астигматизм
Кома — аберрация, при которой точечный источник вне оптической оси изображается в виде кометообразного пятна. Астигматизм — отсутствие общего фокуса для лучей в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; точечный источник изображается в виде отрезка или эллипса.
¶Искажение (дисторсия)
Искажение — изменение поперечного увеличения по полю кадра, приводящее к геометрическим деформациям изображения («подушка» или «бочка»). В отличие от остальных аберраций, искажение не ухудшает резкости, но искажает пропорции.
¶Аберрация в других областях
В физике элементарных частиц аберрацией называют зависимость энергии и угла вылета заряженных частиц от фазы циклотронного ускорения. В теории относительности аберрация рассматривается в контексте преобразования направления распространения света при переходе от одной инерциальной системы отсчёта к другой (аберрация в релятивистском формализме).
В медицинской оптике и офтальмологии аберрации глаза — отклонения рефракции от идеальной, ограничивающие остроту зрения даже при отсутствии близорукости или дальнозоркости. Индивидуальная коррекция аберраций высокого порядка лежит в основе технологии волнового фронта, применяемой в рефракционной хирургии.
¶Историческое значение
Открытие аберрации Брэдли, наряду с наблюдением нутации земной оси (открытой им же в 1748 году), стало одним из фундаментальных подтверждений кинематики Земли. Постоянная аберрации используется в астрометрии для определения точного направления на Солнце и уточнения скорости света при известной скорости Земли.
Источники:
- Большая советская энциклопедия
- Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
- Михневич Н. П. «Практическая астрономия»
- Сивухин Д. В. «Общий курс физики. Оптика»
- Борн М., Вольф Э. «Основы оптики»