Spoznajte Dopplerjev učinek

Astronomi uporabljajo Dopplerjev učinek za merjenje frekvence svetlobnih valov, ko se predmet premika glede na opazovalca. Frekvenca je krajša, ko se premika proti vam, in objekt kaže modri premik. Če se predmet oddaljuje, kaže rdeči premik. To se kaže v spektrih zvezdne svetlobe kot premik črnih črt (imenovanih absorpcijske črte), kot je prikazano tukaj). Carolyn Collins Petersen

Astronomi preučujejo svetlobo oddaljenih predmetov, da bi jih razumeli. Svetloba se skozi vesolje giblje s hitrostjo 299.000 kilometrov na sekundo, njeno pot pa lahko odkloni gravitacija, pa tudi absorbirajo in razpršijo oblaki materiala v vesolju. Astronomi uporabljajo številne lastnosti svetlobe za preučevanje vsega, od planetov in njihovih lun do najbolj oddaljenih predmetov v vesolju.

Poglabljanje v Dopplerjev učinek

Eno orodje, ki ga uporabljajo, je Dopplerjev učinek. To je premik v frekvenci ali valovni dolžini sevanja, ki ga oddaja predmet, ko se premika skozi prostor. Ime je dobil po avstrijskem fiziku Christianu Dopplerju, ki ga je prvi predlagal leta 1842.

Kako deluje Dopplerjev učinek? Če je vir sevanja, recimo a zvezda , premika proti astronomu na Zemlji (na primer), bo valovna dolžina njegovega sevanja videti krajša (višja frekvenca in s tem večja energija). Po drugi strani pa, če se predmet oddaljuje od opazovalca, bo valovna dolžina videti daljša (nižja frekvenca in nižja energija). Verjetno ste že kdaj doživeli različico učinka, ko ste zaslišali žvižg vlaka ali policijsko sireno, ko se je premikal mimo vas in spreminjal višino, ko je peljal mimo vas in se oddaljeval.

Za tehnologijami, kot je policijski radar, kjer 'radarska pištola' oddaja svetlobo znane valovne dolžine, stoji Dopplerjev učinek. Nato se radarska 'svetloba' odbije od premikajočega se avtomobila in potuje nazaj do instrumenta. Posledični premik valovne dolžine se uporabi za izračun hitrosti vozila. ( Opomba: dejansko gre za dvojni premik, saj premikajoči se avtomobil najprej deluje kot opazovalec in doživi premik, nato pa kot premikajoči se vir, ki pošilja svetlobo nazaj v pisarno, s čimer drugič premakne valovno dolžino. )

Rdeči premik

Ko se predmet oddaljuje (tj. odmika) od opazovalca, bodo vrhovi sevanja, ki se oddajajo, razmaknjeni dlje, kot bi bili, če bi objekt vira mirujel. Rezultat tega je, da je nastala valovna dolžina svetlobe videti daljša. Astronomi pravijo, da je 'premaknjen na rdeči' del spektra.

Enak učinek velja za vse pasove elektromagnetnega spektra, kot npr radio , rentgensko slikanje oz gama žarki . Vendar so optične meritve najpogostejše in izvirajo iz izraza 'rdeči premik'. Hitreje ko se vir oddalji od opazovalca, večja je rdeči premik . Z energetskega vidika daljše valovne dolžine ustrezajo nižjemu energijskemu sevanju.

Modri ​​premik

Nasprotno, ko se vir sevanja približa opazovalcu, se valovne dolžine svetlobe zdijo bližje skupaj, kar dejansko skrajša valovno dolžino svetlobe. (Ponavljam, krajša valovna dolžina pomeni višjo frekvenco in s tem višjo energijo.) Spektroskopsko bi bile emisijske črte videti pomaknjene proti modri strani optičnega spektra, od tod tudi ime modri premik .

Tako kot pri rdečem premiku je učinek uporaben tudi za druge pasove elektromagnetnega spektra, vendar se o učinku najpogosteje razpravlja pri obravnavanju optične svetlobe, čeprav na nekaterih področjih astronomije to zagotovo ne drži.

Širjenje vesolja in Dopplerjev premik

Uporaba Dopplerjevega premika je povzročila nekaj pomembnih odkritij v astronomiji. V začetku leta 1900 je veljalo, da je vesolje je bil statičen. Pravzaprav je to vodiloAlbert Einsteindodati kozmološko konstanto svoji znameniti enačbi polja, da bi 'izničil' širitev (ali krčenje), ki jo je predvidel njegov izračun. Natančneje, nekoč je veljalo, da je 'rob' mlečna cesta predstavljala mejo statičnega vesolja.

potem, Edwin Hubble ugotovil, da so bile tako imenovane 'spiralne meglice', ki so desetletja pestile astronomijo ne meglice sploh. Pravzaprav so bile druge galaksije. To je bilo neverjetno odkritje, ki je astronomom povedalo, da vesolje je veliko večji, kot so vedeli.

Hubble je nato nadaljeval z merjenjem Dopplerjevega premika, natančneje ugotovil rdeči premik teh galaksij. Ugotovil je, da bolj ko je galaksija oddaljena, hitreje se odmika. To je pripeljalo do zdaj znanega Hubblov zakon , ki pravi, da je oddaljenost predmeta sorazmerna z njegovo hitrostjo recesije.

To razodetje je vodilo Einsteina, da je to zapisal njegov dodajanje kozmološke konstante enačbi polja je bila največja napaka v njegovi karieri. Zanimivo pa je, da nekateri raziskovalci zdaj postavljajo konstanto nazaj v splošna relativnost .

Izkazalo se je, da je Hubblov zakon resničen le do neke točke, saj so raziskave v zadnjih nekaj desetletjih odkrile, daoddaljene galaksijese umikajo hitreje, kot je bilo predvideno. To pomeni, da se širitev vesolja pospešuje. Razlog za to je skrivnost, znanstveniki pa so poimenovali gonilno silo tega pospeška temna energija . V Einsteinovi enačbi polja jo upoštevajo kot kozmološko konstanto (čeprav je drugačne oblike kot Einsteinova formulacija).

Druge uporabe v astronomiji

Poleg merjenja širjenja vesolja je Dopplerjev učinek mogoče uporabiti za modeliranje gibanja stvari, ki so veliko bližje domu; namreč dinamika Galaksija Rimska cesta .

Z merjenjem razdalje do zvezd in njihovega rdečega ali modrega premika lahko astronomi preslikajo gibanje naše galaksije in dobijo sliko o tem, kakšna bi lahko bila naša galaksija opazovalcu iz celega vesolja.

Dopplerjev učinek omogoča znanstvenikom tudi merjenje pulzacij spremenljivih zvezd in gibanja delcev, ki potujejo z neverjetnimi hitrostmi znotraj relativističnih curkov, ki izvirajo iz supermasivne črne luknje .

Uredil in posodobilCarolyn Collins Petersen.