کج نمایی نجومی (ابیراهی) پدیده ای است که سبب می شود ستاره ای در رصد از طریق تلسکوپ با اندکی تفاوت نسبت به مکان حقیقی خود مشاهده شود. کج نمایی اولین بار در سال ۱۷۲۷ توسط منجم انگلیسی به نام جیمز بردلی (James Bradley) مشاهده شد. وی در طول تحقیقاتش متوجه شد ستاره ها به نظر، دارای حرکتی جزیی در طول یک دوره یکساله ستاره ای هستند. او گمان کرد این حرکت به موقعیت ستاره در داخل کره سماوی بستگی دارد.
کج نمایی نجومی چیست؟
کج نمایی نور ابتدا به عنوان ماحصل حرکت زمین حول خورشید شناخته می شد. ما می توانیم این پدیده را به این صورت شرح دهیم که: نور ستاره داخل تلسکوپ می شود و از آنجایی که سرعت نور در عین زیاد بودن، محدود و متناهیست ، زمان کوتاهی لازم دارد تا به چشم ناظر منتقل شود. در حین این تاخیر کوتاه، زمین حول خورشید با سرعتی در حدود ۳۰ کیلومتر بر ثانیه که ۰٫۰۰۱ سرعت نور هست، در حرکت است.
بنابراین سرعت نور تحت تاثیر سرعت حرکت زمین خواهد بود. این امر سبب تولید کج نمایی و تفاوت موقعیت ظاهری ستاره می شود. ستاره ای که عمود بر سطح مداری زمین قرار گرفته باشد، حرکتی دایره ای شکل و انحراف یافته در دوره یک ساله اش دارد. ستاره ای که دقیقا بر روی سطح مداری قرار داشته باشد حرکتی مستقیم الخط دارد. در حالی که در موقعیت های میانی این حرکت به نظر بیضی شکل خواهد آمد. حداکثر کج نمایی اندازه گیری شده برای یک دوره یک ساله مقدار ۲۰٫۴۹ می باشد. که به آن ثابت سالیانه کج نمایی گفته می شود.
یک مثال معمول برای تشریح کج نمایی این مطلب می باشد: مردی را همراه با یک چتر تصور کنید که زیر باران قرار دارد. وقتی او ثابت بایستد باران را به صورت فروافتادن افقی می بیند. اما اگر او شروع به دویدن کند ، باران را به صورت بارش مورب خواهد دید. این پدیده به علت اختلاط دو سرعت تعریف می شود: سرعت باران در حال ریزش و سرعت مرد در هنگام دویدن.
این پدیده به عنوان یکی از اولین اثبات های تجربی برای توجیه حرکت زمین حول خورشید شناخته می شود. در واقع یعنی اگر زمین ثابت بود ما نمی توانستیم کج نمایی(ابیراهی) مشاهده کنیم.
کج نمایی نجومی تنها شکست نور هست
مشکل اساسی با این پدیده دوره ای بودن است. در واقع، وقتی این پدیده را بررسی می کنیم ، همان طور که قبلا بیان شد، حرکتی دوره ای و متناوب وجود دارد که نشان دهنده یک سیکل یکساله می باشد. این یعنی در طول شش ماه کج نمایی از یک مقدار مینیموم به ماکسیموم گذر می کند که این سیکل هر ساله تکرار می شود. ما همیشه توسط دانشمندان آموخته ایم که زمین حول خورشید در حرکت است. این امر می تواند کج نمایی را توجیه کند ، اما اخترشناسان همچنین بر این باورند که خورشید در کهکشان به سمت ستاره وگا در حرکت است. بنابراین حرکت کج نمایی نباید هرگز بیضی شکل بلکه مارپیچی شکل باشد. به گونه ای که دائم در حال تغییر و بدون هیچ گونه تناوب دقیقی باشد. درحالی که کج نمایی واقعا اندازه گیری شده است. بنابراین چه طور ممکن است این حرکت ظاهری تناوبی و اسرار آمیز توجیه شود؟
کج نمایی: به صورت تجربی اندازه گیری شده است یا فقط به صورت تئوری محاسبه شده است؟ زوایای کج نمایی بسیار کوچک هستند این بسیار مشکل است که فکر کنیم بدون خطاهای حاصل از شکست نور اندازه گیری شده باشد. بنابرین تطابق فوق العاده بین مقادیر اندازه گیری شده و مقادیر تئوری حیرت انگیز است. بیایید به تئوری نگاهی بیاندازیم. تلسکوپی با طول ۱ متر را تصور کنید. زمانی که گرفته می شود تا نور آن را طی کند به این حالت به دست می آید:
در طول این زمان ، زمین این مقدار فاصله را پوشش می دهد:
بنابراین ما با این وضعیت روبرو هستیم:
سطح عمودی طول تلسکوپ است. سطح افقی فضای پوشش داده شده توسط زمین در لحظه ای که نور به چشم ناظر می رسد می باشد. آلفا زاویه ی کج نمایی است.
دقیقا همان ثابت کج نمایی. تبریک به خاطر این دقت تجربی! این نکته حائز اهمیت است که برادلی خودش معتقد بود این پدیده برای تمام ستاره ها یکسان است. ابتدا برادلی گمان می کرد این پدیده به علت پارالاکس(اختلاف منظر) فقط برای ستاره هاییست که در فاصله یکسانی از زمین قرار دارند. که از نظر خود وی این نتیجه گیری ابزورد و عجیبی بود.
بنابراین او به این نتیجه گیری رسید که این پدیده به علت کج نمایی نور اتفاق می افتد. ما می دانیم که با توجه به مدل تخت زمین، این تغییر ظاهری در موقعیت ستاره ها نمی تواند به علت اثر پارالاکس باشد زیرا که زمین ثابت و بی حرکت است و ستاره ها هر ماه فاصله یکسانی با زمین دارند. بنابرین هیچ پارالاکس(اختلاف منظری) وجود ندارد. این مطلب مهم است در نظر داشته باشیم که این پدیده سیکل مانند است و در طی شش ماه به مقدار گرادیان ماکسیموم خود می رسد. آیا می توان این پدیده را به عنوان یک پدیده نوری انکساری قلمداد کرد؟ بیاید بررسی کنیم.
یک شعاع نوری که از یک ستاره به زمین می رسد، از اتمسفر زمین عبور می کند که خود دارای قدرت انکسار (شکست) کم اما محسوسی می باشد. بنابرین اگر شعاع نور دقیقا عمود بر زمین نباشد، با زاویه ی کوچکی منحرف می شود. که به آن شکست نور نجومی گفته می شود. که به این طریق قابل محاسبه است:
در اینجا R0 زاویه شکست و Hc زاویه ارتفاع ستاره می باشد. این فرمول برای فشار اتمسفری ۱۰۱۰ میلی بار و دمای ۱۰ درجه سانتیگراد به کار میرود. اگر فشار و دما متفاوت بود،این فرمول باید به کار برده شود:
که شکست برابر است با:
R=R0*f
ارتفاع حقیقی ستاره برابر است با:
H=Hc+R
مقادیر ماکسیموم کج نمایی محاسبه شده توسط برادلی ۲۰٫۴۹ می باشد که به عنوان ثابت سالیانه کج نمایی شناخته می شود. زاویه ی شکست می تواند مقدار ماکسیموم ۳۵٫۴ در افق باشد. توجه داشته باشید که این مقدار با تغییر دما و دانسیته هوا تغییر می کند.
دما هم با گذر فصول تغییر می یابد. نکته بسیار مهم و جالب این است که ماکسیموم تغییرات دمایی با توجه به فصول سیکلی شکل است و هر شش ماه اتفاق می افتد! مقادیر زاویه شکست به ازای هر ۳ درجه سانتی گراد تغییرات دما، ۱ درصد تغییر می کند.
اگر ما تغییرات دمایی از تابستان تا زمستان را ۳۰ درجه سانتی گراد در نظر بگیریم ، تغییر ۱۰ درصدی زاویه شکست را خواهیم داشت.
نتیجه گیری:
کج نمایی وجود ندارد چون زمین ثابت است و این ادعا توسط این حقیقت مورد تایید قرار می گیرد که کج نمایی ادعا شده دارای یک دوره تناوب است که حرکت خورشید در کهکشان آن را توجیه نمی کند و البته کج نمایی به سادگی می تواند در پدیده شکست نجومی قرار بگیرد که مربوط به تغییر فصول است. بر اساس محاسبات بیان شده، ما اثبات کردیم که زوایای محاسبه شده(کج نمایی و شکست) بسیار مشابه هستند، بنابراین شکست می تواند یک دلیل کاملا محتمل برای پدیده انحراف تصویری نجومی یا ابیراهی باشد.
