Sužinokite apie Doplerio efektą

Astronomai naudoja Doplerio efektą, norėdami išmatuoti šviesos bangų dažnį objektui judant stebėtojo atžvilgiu. Dažnis yra trumpesnis, kai jis juda link jūsų, o objektas rodo mėlyną poslinkį. Jei objektas tolsta, rodomas raudonasis poslinkis. Tai pasirodo žvaigždžių šviesos spektruose kaip juodųjų linijų (vadinamų sugerties linijomis) poslinkis, kaip parodyta čia). Carolyn Collins Petersen

Astronomai tyrinėja tolimų objektų šviesą, kad juos suprastų. Šviesa erdvėje juda 299 000 kilometrų per sekundę greičiu, o jos kelią gali nukreipti gravitacija, taip pat ją sugerti ir išsklaidyti visatoje esantys medžiagos debesys. Astronomai naudoja daugybę šviesos savybių tyrinėdami viską nuo planetų ir jų palydovų iki tolimiausių kosmoso objektų.

Gilinimasis į Doplerio efektą

Viena jų naudojama priemonė yra Doplerio efektas. Tai yra objekto skleidžiamos spinduliuotės dažnio arba bangos ilgio pokytis jam judant erdvėje. Jis pavadintas austrų fiziko Christiano Doplerio vardu, kuris pirmą kartą jį pasiūlė 1842 m.

Kaip veikia Doplerio efektas? Jei spinduliuotės šaltinis, pasakykite a žvaigždė , juda link astronomo Žemėje (pavyzdžiui), tada jo spinduliuotės bangos ilgis atrodys trumpesnis (didesnis dažnis, taigi ir energija). Kita vertus, jei objektas tolsta nuo stebėtojo, bangos ilgis atrodys ilgesnis (mažesnis dažnis ir mažesnė energija). Tikriausiai esate patyrę tokio efekto versiją, kai išgirdote traukinio švilpimą arba policijos sireną, kai jis judėjo pro jus, keičia aukštį, kai pravažiuoja pro jus ir tolsta.

Doplerio efektas yra už tokių technologijų kaip policijos radaras, kai „radaro ginklas“ skleidžia žinomo bangos ilgio šviesą. Tada ta radaro „šviesa“ atsimuša į važiuojantį automobilį ir grįžta atgal į prietaisą. Gautas bangos ilgio poslinkis naudojamas transporto priemonės greičiui apskaičiuoti. ( Pastaba: iš tikrųjų tai yra dvigubas poslinkis, nes judantis automobilis pirmiausia veikia kaip stebėtojas ir patiria poslinkį, o vėliau kaip judantis šaltinis, siunčiantis šviesą atgal į biurą, taip antrą kartą pakeičiant bangos ilgį. )

Raudonasis poslinkis

Kai objektas tolsta (t. y. tolsta) nuo stebėtojo, skleidžiamos spinduliuotės smailės bus nutolusios toliau, nei būtų, jei šaltinio objektas būtų nejudantis. Rezultatas yra toks, kad gautas šviesos bangos ilgis atrodo ilgesnis. Astronomai teigia, kad jis „perkeltas į raudonąjį“ spektro galą.

Tas pats efektas taikomas visoms elektromagnetinio spektro juostoms, pvz radijas , rentgenas arba gama spinduliai . Tačiau optiniai matavimai yra labiausiai paplitę ir yra termino „raudonasis poslinkis“ šaltinis. Kuo greičiau šaltinis tolsta nuo stebėtojo, tuo didesnis raudonasis poslinkis . Energetiniu požiūriu ilgesni bangos ilgiai atitinka mažesnės energijos spinduliuotę.

Blueshift

Ir atvirkščiai, kai spinduliuotės šaltinis artėja prie stebėtojo, šviesos bangos ilgiai atrodo arčiau vienas kito, o tai efektyviai sutrumpina šviesos bangos ilgį. (Vėlgi, trumpesnis bangos ilgis reiškia didesnį dažnį, taigi ir didesnę energiją.) Spektroskopiškai spinduliavimo linijos atrodytų pasislinkusios link mėlynos optinio spektro pusės, taigi ir pavadinimas. blueshift .

Kaip ir raudonojo poslinkio atveju, efektas taikomas ir kitoms elektromagnetinio spektro juostoms, tačiau apie poveikį dažniausiai kalbama kalbant apie optinę šviesą, nors kai kuriose astronomijos srityse taip nėra.

Visatos plėtimasis ir Doplerio poslinkis

Doplerio poslinkio naudojimas leido padaryti keletą svarbių astronomijos atradimų. 1900-ųjų pradžioje buvo manoma, kad visata buvo statiškas. Tiesą sakant, tai paskatinoAlbertas Einšteinaspridėti kosmologinę konstantą prie savo garsiosios lauko lygties, kad „atšauktų“ plėtimąsi (arba susitraukimą), kuris buvo numatytas jo skaičiavimu. Konkrečiai, kažkada buvo manoma, kad „kraštas“. paukščių takas atstovavo statinės visatos ribą.

Tada Edvinas Hablas nustatė, kad vadinamieji „spiraliniai ūkai“, kurie dešimtmečius kamavo astronomiją ne ūkai apskritai. Iš tikrųjų tai buvo kitos galaktikos. Tai buvo nuostabus atradimas ir pasakė astronomams, kad visata yra daug didesnis, nei jie žinojo.

Tada Hablas pradėjo matuoti Doplerio poslinkį, konkrečiai nustatydamas šių galaktikų raudonąjį poslinkį. Jis nustatė, kad kuo toliau galaktika yra, tuo greičiau ji tolsta. Tai paskatino dabar žinomą Hablo dėsnis , kuris sako, kad objekto atstumas yra proporcingas jo nuosmukio greičiui.

Šis apreiškimas paskatino Einšteiną tai parašyti jo kosmologinės konstantos pridėjimas prie lauko lygties buvo didžiausia klaida jo karjeroje. Tačiau įdomu tai, kad kai kurie tyrinėtojai dabar pateikia konstantą atgal į bendrasis reliatyvumas .

Pasirodo, Hablo dėsnis yra teisingas tik iki tam tikros ribos, nes pastarųjų poros dešimtmečių tyrimai parodė, kadtolimos galaktikostraukiasi greičiau nei prognozuota. Tai reiškia, kad visatos plėtimasis spartėja. To priežastis yra paslaptis, o mokslininkai pavadino šio pagreičio varomąja jėga tamsioji energija . Einšteino lauko lygtyje jie įskaitomi kaip kosmologinė konstanta (nors jos forma skiriasi nuo Einšteino formuluotės).

Kiti panaudojimai astronomijoje

Be visatos plėtimosi matavimo, Doplerio efektas gali būti naudojamas modeliuojant daug arčiau namų esančių daiktų judėjimą; būtent dinamika Paukščių Tako galaktika .

Matuodami atstumą iki žvaigždžių ir jų raudonąjį arba mėlynąjį poslinkį, astronomai gali nustatyti mūsų galaktikos judėjimą ir susidaryti vaizdą, kaip mūsų galaktika gali atrodyti stebėtojui iš visos visatos.

Doplerio efektas taip pat leidžia mokslininkams išmatuoti kintamų žvaigždžių pulsaciją, taip pat dalelių, kurios neįtikėtinais greičiais skrieja iš reliatyvistinių srautų, sklindančių iš supermasyvios juodosios skylės .

Redagavo ir atnaujinoCarolyn Collins Petersen.