Sužinokite apie Doplerio efektą

Astronomai tiria tolimų objektų šviesą, kad juos suprastų. Šviesa juda per kosmosą 299 000 kilometrų per sekundę greičiu, o jos kelią gali nukreipti gravitacija, taip pat sugerti ir išsklaidyti visatos medžiagos debesys. Astronomai naudoja daugybę šviesos savybių, norėdami ištirti viską nuo planetų ir jų mėnulių iki tolimiausių objektų kosmose.

Viena iš jų naudojamų priemonių yra Doplerio efektas. Tai yra objekto skleidžiamos spinduliuotės dažnio arba bangos ilgio pokytis judant erdvei. Jis pavadintas austrų fiziko Christiano Doplerio vardu, kuris pirmą kartą jį pasiūlė 1842 m.

Kaip veikia Doplerio efektas? Jei radiacijos šaltinis, pasakykite a žvaigždė, juda link Žemės astronomo (pvz.), tada jo radiacijos bangos ilgis pasirodys trumpesnis (didesnis dažnis, taigi ir didesnė energija). Kita vertus, jei objektas tolsta nuo stebėtojo, tada bangos ilgis pasirodys ilgesnis (žemesnis dažnis ir mažesnė energija). Jūs turbūt patyrėte efekto versiją, kai išgirdote traukinio švilpimą ar policijos sireną, kai jis judėjo pro jus, keičiant žingsnį, kai jis praeina pro jus ir tolsta.

Doplerio efektą lemia tokios technologijos kaip policijos radarai, kai „radaro pistoletas“ skleidžia žinomo bangos ilgio šviesą. Tuomet tas radaro „šviesa“ atsimuša į judantį automobilį ir grįžta atgal prie instrumento. Gautas bangos ilgio poslinkis naudojamas transporto priemonės greičiui apskaičiuoti. (Pastaba: tai iš tikrųjų yra dviguba pamaina, nes judantis automobilis pirmiausia veikia kaip stebėtojas ir patiria pamainą, tada kaip judantis šaltinis siunčia šviesą atgal į biurą ir taip keičia sekundės bangos ilgį laikas.)

Kai objektas nutolsta (t. Y. Tolsta) nuo stebėtojo, skleidžiamos radiacijos smailės bus išdėstytos toliau viena nuo kitos, nei jos būtų, jei šaltinio objektas būtų nejudantis. Rezultatas yra tas, kad gautas šviesos bangos ilgis atrodo ilgesnis. Astronomai sako, kad spektro galas yra „perkeltas į raudoną“.

Tas pats poveikis galioja visoms elektromagnetinio spektro juostoms, tokioms kaip radijas, rentgeno arba gama spinduliai. Tačiau optiniai matavimai yra dažniausiai pasitaikantys ir yra termino „raudonojo poslinkio“ šaltinis. Kuo greičiau šaltinis nutolsta nuo stebėtojo, tuo didesnis raudonasis poslinkis. Energijos požiūriu, ilgesni bangos ilgiai atitinka mažesnę energijos radiaciją.

Ir atvirkščiai, kai radiacijos šaltinis artėja prie stebėtojo, šviesos bangų ilgis atrodo arčiau vienas kito, efektyviai sutrumpindamas šviesos bangos ilgį. (Vėlgi, trumpesnis bangos ilgis reiškia aukštesnį dažnį ir todėl didesnę energiją.) Spektroskopiškai spinduliuotės spinduliuotės linijos pasislinks mėlynos optinio spektro pusės link, taigi pavadinimas bliuzo perėjimas.

Kaip ir raudonojo poslinkio atveju, poveikis galioja kitoms elektromagnetinio spektro juostoms, tačiau poveikis yra didžiausias dažnai aptarinėjami optinės šviesos klausimai, nors kai kuriose astronomijos srityse tai tikrai nėra atvejis.

Doplerio poslinkio naudojimas padarė keletą svarbių atradimų astronomijoje. 1900 m. Pradžioje buvo manoma, kad visata buvo statiškas. Tiesą sakant, tai paskatino Albertas Einšteinas pridėti kosmologinę konstantą prie savo garsiojo lauko lygties, kad „panaikintų“ išplėtimą (arba susitraukimą), kurį numatė jo skaičiavimas. Tiksliau, kadaise buvo manoma, kad paukščių takas atstovavo statinės visatos ribą.

Tada Edwinas Hablas nustatė, kad vadinamieji „spiraliniai ūkai“, kurie dešimtmečius kėsinosi į astronomiją, buvo ne ūkai visai. Jie iš tikrųjų buvo kitos galaktikos. Tai buvo nuostabus atradimas ir astronomai pasakojo, kad visata yra daug didesnis, nei jie žinojo.

Tada Hablas ėmėsi matuoti Doplerio poslinkį, konkrečiai surasdamas šių galaktikų raudoną poslinkį. Jis nustatė, kad kuo toliau nuo galaktikos, tuo greičiau ji atsitraukia. Tai lėmė dabar garsųjį 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 didžiausias jo karjeros akibrokštas. Įdomu, tačiau kai kurie tyrinėtojai dabar pateikia konstantą atgal į bendrasis reliatyvumas.

Kaip paaiškėja, Hablo dėsnis yra teisingas tik tam tikra prasme, nes per pastaruosius porą dešimtmečių atlikti tyrimai nustatė tolimos galaktikos atsitraukia greičiau, nei prognozuota. Tai reiškia, kad visatos plėtimasis spartėja. To priežastis yra paslaptis, ir mokslininkai pasivadino šio pagreičio varomąja jėga tamsi energija. Jie tai supranta Einšteino lauko lygtyje kaip kosmologinę konstantą (nors ji yra kitokios formos nei Einšteino formuluotė).

Doplerio efektas gali būti naudojamas ne tik visatos plėtimosi matavimu, bet ir modeliuojant daiktų judėjimą kur kas arčiau namų; būtent dinamika Pieno kelio galaktika.

Išmatuodami atstumą iki žvaigždžių ir jų raudonojo ar mėlynojo poslinkio, astronomai sugeba nubraižyti judesį ir gaukite vaizdą, kaip mūsų galaktika gali atrodyti stebėtojui iš visos visata.

Doplerio efektas taip pat leidžia mokslininkams išmatuoti kintamų žvaigždžių pulsaciją, taip pat dalelių judesiai, judantys neįtikėtinu greičiu, sklindančiame reliatyvistiniame reaktyviniame sraute iš supermasyvios juodosios skylės.

Redagavo ir atnaujino Carolyn Collins Petersen.