Další informace o Dopplerově efektu

Astronomové studují světlo ze vzdálených objektů, aby jim porozuměli. Světlo se pohybuje vesmírem rychlostí 299 000 kilometrů za sekundu a jeho dráha může být odkloněna gravitací a také absorbována a rozptýlena mraky materiálu ve vesmíru. Astronomové používají mnoho vlastností světla ke studiu všeho od planet a jejich měsíců po nejvzdálenější objekty ve vesmíru.

Jedním z nástrojů, které používají, je Dopplerův efekt. Toto je posun ve frekvenci nebo vlnové délce záření emitovaného z objektu, když se pohybuje vesmírem. Jmenuje se podle rakouského fyzika Christiana Dopplera, který jej poprvé navrhl v roce 1842.

Jak funguje Dopplerův efekt? Pokud je zdroj záření, řekněte a hvězda, se pohybuje směrem k astronomovi na Zemi (například), pak se vlnová délka jeho záření bude jevit kratší (vyšší frekvence, a tedy vyšší energie). Na druhou stranu, pokud se objekt pohybuje od pozorovatele, pak se vlnová délka objeví delší (nižší frekvence a nižší energie). Pravděpodobně jste zažili verzi efektu, když jste slyšeli píšťalku vlaku nebo policejní sirénu, když se pohybovala kolem vás, měnící se výška hřiště, když míjí kolem vás a odchází.

Dopplerův efekt je za takovými technologiemi, jako je policejní radar, kde „radarová zbraň“ vyzařuje světlo o známé vlnové délce. Poté se toto radarové „světlo“ odrazí od jedoucího auta a vrátí se zpět k nástroji. Výsledný posun vlnové délky se používá pro výpočet rychlosti vozidla. (Poznámka: je to vlastně dvojitá směna, protože pohybující se auto nejprve funguje jako pozorovatel a zažívá směnu, pak jako pohyblivý zdroj posílající světlo zpět do kanceláře, čímž posunuje vlnovou délku o sekundu čas.)

Když objekt ustupuje (tj. Pohybuje se pryč) od pozorovatele, vrcholy vyzařovaného záření budou od sebe vzdáleny dále, než by byly, kdyby byl zdrojový objekt stacionární. Výsledkem je, že výsledná vlnová délka světla je delší. Astronomové tvrdí, že je „posunuto k červenému“ konci spektra.

Stejný účinek platí pro všechna pásma elektromagnetického spektra, jako je rádio, rentgen nebo paprsky gama. Optická měření jsou však nejčastější a jsou zdrojem termínu „redshift“. Čím rychleji se zdroj vzdálí od pozorovatele, tím větší bude redshift. Z energetického hlediska odpovídají delší vlnové délky nižší energetické radiaci.

Naopak, když se zdroj záření blíží pozorovateli, vlnové délky světla se objevují blíže k sobě, čímž se efektivně zkracuje vlnová délka světla. (Opět platí, že kratší vlnová délka znamená vyšší frekvenci, a proto vyšší energii.) Spektroskopicky by se emisní čáry zdály posunuty směrem k modré straně optického spektra, odtud název blueshift.

Stejně jako u červeného posunu je účinek aplikovatelný na jiná pásma elektromagnetického spektra, ale účinek je nejvíce často se diskutuje o optickém světle, i když v některých oblastech astronomie to rozhodně není pouzdro.

Použití Dopplerovy směny vedlo k některým důležitým objevům v astronomii. Na počátku 20. století se věřilo, že vesmír byl statický. Ve skutečnosti to vedlo Albert Einstein přidat kosmologickou konstantu k jeho slavné polní rovnici, aby „zrušil“ expanzi (nebo kontrakci), která byla předpovězena jeho výpočtem. Konkrétně se kdysi věřilo, že "hrana" mléčná dráha představoval hranici statického vesmíru.

Pak, Edwin Hubble zjistili, že tzv. „spirální mlhoviny“, které po celá desetiletí trápily astronomii, byly ne mlhoviny vůbec. Ve skutečnosti to byly jiné galaxie. Byl to úžasný objev a řekl astronomům, že vesmír je mnohem větší, než věděli.

Hubble pak pokračoval v měření Dopplerova posunu, konkrétně nalezení červeného posunu těchto galaxií. Zjistil, že čím dál je galaxie, tím rychleji ustupuje. To vedlo k dnes slavnému Hubbleův zákon, což říká, že vzdálenost objektu je úměrná jeho rychlosti recese.

Toto zjevení vedlo Einsteina, aby to napsal jeho přidání kosmologické konstanty do polní rovnice bylo největší chybou jeho kariéry. Je zajímavé, že někteří vědci nyní staví konstantu zadní do obecná relativita.

Jak se ukazuje, Hubbleův zákon je pravdivý jen do té míry, od jaké to zjistil výzkum v posledních několika desetiletích vzdálené galaxie ustupují rychleji, než se předpovídalo. To znamená, že expanze vesmíru se zrychluje. Důvodem je tajemství a vědci dabovali hnací sílu tohoto zrychlení temná energie. Oni odpovídají za to v Einstein polní rovnici jako kosmologická konstanta (ačkoli to je jiné formy než Einstein formulace).

Kromě měření expanze vesmíru lze Dopplerův efekt použít k modelování pohybu věcí mnohem blíže domovu; jmenovitě dynamika Galaxie Mléčná dráha.

Měřením vzdálenosti ke hvězdám a jejich červeného posunu nebo modrého posunu mohou astronomové mapovat pohyb naší galaxie a získejte obrázek toho, jak může naše galaxie vypadat pozorovateli z celého světa vesmír.

Dopplerův efekt také umožňuje vědcům měřit pulzy proměnných hvězd vyzařovaly pohyby částic pohybujících se neuvěřitelnou rychlostí uvnitř relativistických proudů z supermasivní černé díry.

Upraveno a aktualizováno uživatelem Carolyn Collins Petersen.