光行差(或称为天文光行差、恒星光行差)是指运动的观测者观察到光的方向与同一时间同一地点静止的观测者观察到的方向有偏差的现象。光行差现象在天文观测上表现得尤为明显。由于地球公转、自转等原因,地球上观察天体的位置时总是存在光行差,其大小与观测者的速度和天体方向与观测者运动方向之间的夹角有关,并且在不断变化。
光的有限速度率和地球沿着绕太阳的轨道运动引起的恒星位置的视移位。在一年内,恒星似乎围绕它的平均位置走出一个小椭圆。这个现象在1729年由
詹姆斯·布拉德雷(James bradley)发现,并被他用来测量光的速率。
下雨的时候,如果在雨中站立,很自然手中的雨伞要竖直握在手中。当人们走动时,大家都自觉的把手中的伞倾向走动的方向,而且走动愈快,伞愈要向前倾。在雨天乘坐公共汽车或火车的时候,你同样会发现雨水在车辆在玻璃上的痕迹是倾斜的,从车辆前进方向的上端斜向玻璃的下端。
同样的道理,由于天文观测者是在地球上,他随地球一起作运动,这时他所看到的星光方向,就与假设地球不动时所看到的方向不一样,而是倾向于天文观测者或者说是地球运动的方向。地球的公转速度约为30公里/秒,
光速为30万公里/秒,由此可以估算出光行差带来的角度变化约为几十
角秒。
在精细的天文观测计算中,需要考虑这种光行差引起的星星
视位置的影响。
周年光行差——
地球绕太阳公转造成的光行差,最大可以达到20.5角秒。天文学中定义周年
光行差常数(简称光行差常数)为 ,其中c是光速,v是地球绕太阳公转的平均速度;
若用相对论来解释的话,星球表面随
星球自转而做圆周运动,有一个圆周平面的
径向加速度,使时空直线沿圆周平面径向有弯曲,而光会沿着此
弯曲时空直线进入人眼,其实际方向与人的视觉直线方向有差异。(差异大小,也与光线和人所在位置径向的夹角有关)
至于差异夹角有多大,与星球的自转
角速度和半径,还有人的位置有关,因此会随不同星球而改变。
光行差本质是由于
光速有限以及光源与观察者存在相对运动造成的,类似于运动中的雨滴:下雨的时候,站在原地不动的人感觉到雨滴是从正上方落下的,而向前走的人感觉雨滴是从前方倾斜落下的,因此需要把伞微微向前倾斜。走得越快,需要倾斜得越厉害。光行差的成因与此相似,只不过不符合经典的速度叠加法则,而是需要考虑
相对论效应带来的修正。