Prečítajte si o Dopplerovom efekte

Astronómovia používajú Dopplerov jav na meranie frekvencie svetelných vĺn, keď sa objekt pohybuje vzhľadom na pozorovateľa. Frekvencia je pri pohybe smerom k vám kratšia a objekt vykazuje modrý posun. Ak sa objekt vzďaľuje, vykazuje červený posun. To sa prejavuje v spektrách hviezdneho svetla ako posun v čiernych čiarach (nazývaných absorpčné čiary), ako je znázornené tu). Carolyn Collins Petersen

Astronómovia študujú svetlo zo vzdialených objektov, aby im porozumeli. Svetlo sa pohybuje vesmírom rýchlosťou 299 000 kilometrov za sekundu a jeho dráha môže byť odklonená gravitáciou, ako aj absorbovaná a rozptýlená oblakmi materiálu vo vesmíre. Astronómovia využívajú mnohé vlastnosti svetla na štúdium všetkého od planét a ich mesiacov až po najvzdialenejšie objekty vo vesmíre.

Ponorenie sa do Dopplerovho efektu

Jedným z nástrojov, ktorý používajú, je Dopplerov efekt. Ide o posun frekvencie alebo vlnovej dĺžky žiarenia emitovaného objektom, keď sa pohybuje priestorom. Je pomenovaný po rakúskom fyzikovi Christianovi Dopplerovi, ktorý ho prvýkrát navrhol v roku 1842.

Ako funguje Dopplerov efekt? Ak je zdroj žiarenia, povedzme a hviezda , sa pohybuje smerom k astronómovi na Zemi (napríklad), potom sa vlnová dĺžka jeho žiarenia bude javiť kratšia (vyššia frekvencia, a teda vyššia energia). Na druhej strane, ak sa objekt vzďaľuje od pozorovateľa, vlnová dĺžka sa javí ako dlhšia (nižšia frekvencia a nižšia energia). Pravdepodobne ste zažili verziu efektu, keď ste počuli píšťalku vlaku alebo policajnú sirénu, keď prechádzal okolo vás, pričom menil tón, keď okolo vás prechádzal a vzďaľoval sa.

Dopplerov efekt stojí za takými technológiami, ako je policajný radar, kde „radarové delo“ vyžaruje svetlo známej vlnovej dĺžky. Potom sa toto radarové „svetlo“ odrazí od idúceho auta a putuje späť do prístroja. Výsledný posun vlnovej dĺžky sa použije na výpočet rýchlosti vozidla. ( Poznámka: ide vlastne o dvojitý posun, pretože pohybujúce sa auto najprv pôsobí ako pozorovateľ a zažije posun, potom ako pohybujúci sa zdroj posiela svetlo späť do kancelárie, čím sa vlnová dĺžka posúva druhýkrát. )

Červený posun

Keď sa objekt vzďaľuje (t. j. vzďaľuje) od pozorovateľa, vrcholy vyžarovaného žiarenia budú od seba vzdialené ďalej, ako by boli, keby bol zdrojový objekt nehybný. Výsledkom je, že výsledná vlnová dĺžka svetla sa javí ako dlhšia. Astronómovia hovoria, že je „posunutý na červený“ koniec spektra.

Rovnaký efekt platí pre všetky pásma elektromagnetického spektra, ako napr rádio , röntgen alebo gama lúčov . Optické merania sú však najbežnejšie a sú zdrojom termínu „červený posun“. Čím rýchlejšie sa zdroj vzďaľuje od pozorovateľa, tým je väčší červený posun . Z energetického hľadiska dlhšie vlnové dĺžky zodpovedajú žiareniu s nižšou energiou.

Blueshift

Naopak, keď sa zdroj žiarenia blíži k pozorovateľovi, vlnové dĺžky svetla sa zdajú byť bližšie k sebe, čím sa vlnová dĺžka svetla efektívne skracuje. (Opäť, kratšia vlnová dĺžka znamená vyššiu frekvenciu, a teda vyššiu energiu.) Spektroskopicky by sa emisné čiary javili posunuté smerom k modrej strane optického spektra, odtiaľ názov blueshift .

Rovnako ako v prípade červeného posunu, efekt je použiteľný aj v iných pásmach elektromagnetického spektra, ale o efekte sa najčastejšie hovorí, keď ide o optické svetlo, hoci v niektorých oblastiach astronómie to tak určite nie je.

Expanzia vesmíru a Dopplerov posun

Použitie Dopplerovho posunu viedlo k niekoľkým dôležitým objavom v astronómii. Na začiatku 20. storočia sa verilo, že vesmír bol statický. V skutočnosti to viedloAlbert Einsteinpridať kozmologickú konštantu do svojej slávnej rovnice poľa, aby „zrušil“ expanziu (alebo kontrakciu), ktorá bola predpovedaná jeho výpočtom. Konkrétne sa kedysi verilo, že „okraj“ mliečna dráha predstavovalo hranicu statického vesmíru.

potom Edwin Hubble zistili, že takzvané 'špirálové hmloviny', ktoré sužovali astronómiu desaťročia, boli nie hmloviny vôbec. Boli to vlastne iné galaxie. Bol to úžasný objav a povedal astronómom, že vesmír je oveľa väčšia, než vedeli.

Hubble potom pristúpil k meraniu Dopplerovho posunu, konkrétne k nájdeniu červeného posunu týchto galaxií. Zistil, že čím je galaxia vzdialenejšia, tým rýchlejšie sa vzďaľuje. To viedlo k teraz známemu Hubbleov zákon , ktorý hovorí, že vzdialenosť objektu je úmerná jeho rýchlosti recesie.

Toto odhalenie viedlo Einsteina k napísaniu tohto jeho pridanie kozmologickej konštanty do rovnice poľa bolo najväčšou chybou jeho kariéry. Je však zaujímavé, že niektorí výskumníci teraz umiestňujú konštantu späť do všeobecná relativita .

Ako sa ukázalo, Hubbleov zákon je pravdivý len do určitého bodu, keďže výskum v posledných desaťročiach to zistilvzdialené galaxieustupujú rýchlejšie, ako sa predpokladalo. To znamená, že expanzia vesmíru sa zrýchľuje. Dôvod je záhadou a vedci nazvali hnaciu silu tohto zrýchlenia temná energia . Zohľadňujú ju v Einsteinovej rovnici poľa ako kozmologickú konštantu (hoci má inú formu ako Einsteinova formulácia).

Iné využitie v astronómii

Okrem merania expanzie vesmíru možno Dopplerov jav použiť na modelovanie pohybu vecí oveľa bližšie k domovu; menovite dynamika Mliečna dráha .

Meraním vzdialenosti ku hviezdam a ich červeného alebo modrého posunu sú astronómovia schopní zmapovať pohyb našej galaxie a získať obraz o tom, ako môže naša galaxia vyzerať pre pozorovateľa z celého vesmíru.

Dopplerov efekt tiež umožňuje vedcom merať pulzácie premenných hviezd, ako aj pohyby častíc pohybujúcich sa neuveriteľnými rýchlosťami vo vnútri relativistických tryskových prúdov vychádzajúcich z supermasívne čierne diery .

Upravil a aktualizovalCarolyn Collins Petersen.