Dozviete sa viac o Dopplerovom efekte

Astronómovia študujú svetlo vzdialených objektov, aby im porozumeli. Svetlo prechádza vesmírom rýchlosťou 299 000 kilometrov za sekundu a jeho dráhu je možné vychýliť gravitáciou, absorbovať a rozptýliť mrakmi materiálu vo vesmíre. Astronómovia používajú veľa vlastností svetla na štúdium všetkého, od planét a ich mesiacov až po najvzdialenejšie objekty vo vesmíre.

Jedným z nástrojov, ktoré používajú, je Dopplerov efekt. Toto je posun vo frekvencii alebo vlnovej dĺžke žiarenia vyžarovaného z objektu pri jeho pohybe v priestore. Je pomenovaný po rakúskom fyzikovi Christianovi Dopplerovi, ktorý ho prvýkrát navrhol v roku 1842.

Ako funguje Dopplerov efekt? Ak je zdrojom žiarenia, povedzte 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 vzdiali od pozorovateľa, potom sa vlnová dĺžka objaví dlhšie (nižšia frekvencia a nižšia energia). Pravdepodobne ste zažili určitú verziu tohto efektu, keď ste počuli píšťalku alebo policajnú sirénu, keď sa pohybovala okolo vás, menila výšku tónu, keď prechádzala okolo vás a odchádzala preč.

Dopplerov efekt je za takými technológiami, ako je policajný radar, kde „radarová zbraň“ vyžaruje svetlo známej vlnovej dĺžky. Potom sa toto radarové „svetlo“ odrazí od pohybujúceho sa auta a vráti sa späť k prístroju. Výsledný posun vo vlnovej dĺžke sa používa na výpočet rýchlosti vozidla. (Poznámka: v skutočnosti ide o dvojitý posun, keď sa pohybujúce sa auto najskôr správa ako pozorovateľ a zažije zmenu, potom ako pohybujúci sa zdroj poslal svetlo späť do kancelárie, čím posunul vlnovú dĺžku o sekundu Čas.)

Keď objekt ustupuje (t. J. Pohybuje sa preč) od pozorovateľa, vrcholy vyžarovaného žiarenia budú umiestnené ďalej od seba, ako by boli, keby bol zdrojový objekt nehybný. Výsledkom je, že výsledná vlnová dĺžka svetla je dlhšia. Astronómovia tvrdia, že je posunutý na červený koniec spektra.

Rovnaký účinok sa uplatňuje na všetky pásma elektromagnetického spektra, ako napr rádio, röntgenový alebo gama lúče. Optické merania sú však najbežnejšie a sú zdrojom pojmu „červený posun“. Čím rýchlejšie sa zdroj vzdiali od pozorovateľa, tým väčší je RedShift. Z energetického hľadiska dlhšie vlnové dĺžky zodpovedajú nižšiemu vyžarovaniu energie.

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

Podobne ako v prípade červeného posunu je účinok aplikovateľný na iné pásma elektromagnetického spektra, efekt je však najviac Často sa diskutuje o optickom svetle, aj keď v niektorých oblastiach astronómie to určite nie je prípad.

Použitie Dopplerovho posunu viedlo k niektorým dôležitým objavom v astronómii. Začiatkom 20. storočia sa verilo, že vesmír bol statický. V skutočnosti to viedlo Albert Einstein pridať kozmologickú konštantu k svojej slávnej poľnej rovnici, aby „vyradila“ expanziu (alebo kontrakciu), ktorá bola predpokladaná jeho výpočtom. Konkrétne sa kedysi verilo, že "hrana" internetu mliečna dráha predstavuje hranicu statického vesmíru.

potom Edwin Hubble zistili, že takzvané „špirálové hmloviny“, ktoré po celé desaťročia trápili astronómiu, boli nie vôbec hmloviny. V skutočnosti to boli iné galaxie. Bol to úžasný objav a povedal astronómom, že vesmír je oveľa väčšia, ako vedeli.

Hubble potom pokračoval v meraní Dopplerovho posunu, konkrétne zistením červeného posunu týchto galaxií. Zistil, že čím ďalej je galaxia, tým rýchlejšie ustupuje. To viedlo k dnešnej sláve Hubbleov zákon, ktorý hovorí, že vzdialenosť objektu je úmerná jeho rýchlosti recesie.

Toto odhalenie viedlo Einsteina, aby to napísal jeho najväčší omyl v jeho kariére bol prídavok kozmologickej konštanty k poľnej rovnici. Zaujímavé však je, že niektorí vedci teraz kladú konštantu späť do všeobecná relativita.

Ako sa ukazuje, Hubbleov zákon je pravdivý len do tej miery, keď to výskum v posledných desaťročiach zistil vzdialené galaxie ustupujú rýchlejšie, ako sa predpokladalo. To znamená, že rozširovanie vesmíru sa zrýchľuje. Dôvodom je tajomstvo a vedci dabovali hnaciu silu tohto zrýchlenia temná energia. Považujú to v Einsteinovej poľnej rovnici za kozmologickú konštantu (hoci má inú formu ako Einsteinova formulácia).

Okrem merania rozšírenia vesmíru sa dá Dopplerov efekt použiť na modelovanie pohybu vecí oveľa bližšie k domovu; a to dynamika internetu Mliečna dráha.

Meraním vzdialenosti od hviezd a ich červeného alebo modrého posunu sú astronómovia schopní mapovať pohyb našej galaxie a získajte obraz o tom, ako môže vyzerať naša galaxia pre pozorovateľa z celého sveta vesmír.

Dopplerov efekt tiež umožňuje vedcom zmerať pulzy rôznych hviezd vyžarujú sa pohyby častíc pohybujúcich sa neuveriteľnou rýchlosťou vo vnútri relativistických prúdov z supermasívne čierne diery.

Upravené a aktualizované používateľom Carolyn Collins Petersen.