A csillagászok megvizsgálják a távoli tárgyak fényét, hogy megértsék azokat. A fény másodpercenként 299 000 kilométer sebességgel mozog az űrben, útját a gravitáció eltérítheti, valamint az univerzumban lévő anyagfelhők elnyelhetik és szétszórhatják. Az csillagászok a fény sok tulajdonságát felhasználják mindent a bolygókról és holdaikról a kozmosz legtávolabbi tárgyainak tanulmányozására.
Doppler-hatás
Az egyik eszköz, amelyet használnak, a Doppler-hatás. Ez egy tárgy által kibocsátott sugárzás frekvenciájának vagy hullámhosszának eltolódása, amikor az az űrben mozog. Christian Doppler osztrák fizikusról nevezték el, aki 1842-ben először javasolta.
Hogyan működik a Doppler-effektus? Ha a sugárzás forrása, mondjuk a csillag, egy csillagász felé mozog a Földön (például), akkor a sugárzás hullámhossza rövidebbnek tűnik (magasabb frekvencia, és ezért nagyobb energia). Másrészt, ha az objektum elmozdul a megfigyelőtől, akkor a hullámhossz hosszabb lesz (alacsonyabb frekvencia és alacsonyabb energia). Valószínűleg megtapasztalta a hatás egy verzióját, amikor hallotta a vonat sípját vagy a rendõrségi sziréna elõrehaladását, megváltoztatva a hangmagasságot, amikor elhalad ön és elmozdul.
A Doppler-effektus olyan technológiák mögött rejlik, mint a rendőrségi radar, ahol a "radarpisztoly" ismert hullámhosszú fényt bocsát ki. Ezután a radar "fény" lepattan egy mozgó autóról és visszamegy a műszerhez. Az így kapott hullámhossz-eltolódást a jármű sebességének kiszámításához használják. (Megjegyzés: ez valójában kettős műszak, mivel a mozgó autó először megfigyelőként viselkedik, és egy műszakot tapasztal, aztán mozgó forrásként visszajuttatja a fényt az irodába, ezáltal a hullámhosszot másodpercenként elmozdítva idő.)
vöröseltolódás
Amikor egy objektum távolodik (vagyis elmozdul) egy megfigyelőtől, a kibocsátott sugárzás csúcsai egymástól távolabb vannak egymástól, mint ha a forrás tárgy állna. Ennek eredményeként a kapott hullámhossz hosszabb lesz. A csillagászok azt állítják, hogy a spektrum "a pirosra" változik.
Ugyanez a hatás érvényes az elektromágneses spektrum minden sávjára, például a rádió, röntgen vagy gamma sugarak. Ugyanakkor az optikai mérések a leggyakoribbak, és a "vöröseltolódás" kifejezés forrása. Minél gyorsabban távolodik el a forrás a megfigyelőtől, annál nagyobb a vöröseltolódás. Energia szempontjából a hosszabb hullámhosszok megfelelnek az alacsonyabb sugárzásnak.
Blueshift
Ezzel szemben, amikor a sugárforrás megközelíti a megfigyelőt, a fény hullámhossza közelebb jelenik meg, hatékonyan lerövidítve a fény hullámhosszát. (A rövidebb hullámhossz ismét magasabb frekvenciát és ennélfogva nagyobb energiát jelent.) Spektroszkópikusan az emissziós vonalak az optikai spektrum kék oldala felé tolódnának, ezért a név kékeltolódás.
A vöröseltolódáshoz hasonlóan a hatás az elektromágneses spektrum más sávjaira is alkalmazható, de a hatás a legtöbb sokszor megvitatják, amikor az optikai fénnyel foglalkoznak, bár a csillagászat egyes területein ez természetesen nem az ügy.
Az univerzum kibővítése és a Doppler-eltolás
A Doppler Shift használata néhány fontos felfedezést eredményezett a csillagászat területén. Az 1900-as évek elején azt hitték, hogy a világegyetem statikus volt. Valójában ez vezetett Albert Einstein adjuk hozzá a kozmológiai állandót a híres teregyenletéhez annak érdekében, hogy "kiszűrjük" azt a tágulást (vagy összehúzódást), amelyet a számítása előre jelez. Pontosabban, egyszer azt hitték, hogy a Tejút ábrázolták a statikus világegyetem határát.
Azután, Edwin Hubble megállapította, hogy az úgynevezett "spirál ködök", amelyek évtizedek óta sújtják a csillagászatot, voltak nem ködök egyáltalán. Valójában más galaxisok voltak. Csodálatos felfedezés volt, és azt mondta a csillagászoknak, hogy a világegyetem sokkal nagyobb, mint tudták.
Ezután Hubble megméri a Doppler-eltolódást, különös tekintettel ezen galaxisok vöröseltolódására. Megállapította, hogy minél távolabbi a galaxis, annál gyorsabban tér vissza. Ez vezetett a ma híresnek Hubble törvénye, amely szerint az objektum távolsága arányos a recesszió sebességével.
Ez a kijelentés arra késztette Einsteint, hogy ezt írja övé A kozmológiai állandó hozzáadása a terep egyenletéhez volt karrierje legnagyobb hibája. Érdekes azonban, hogy néhány kutató most állandó értéket állít fel vissza -ba általános relativitáselmélet.
Mint kiderült, a Hubble-törvény csak bizonyos pontokig igaz, mivel az utóbbi néhány évtized kutatásai ezt rájöttek távoli galaxisok a vártnál gyorsabban vonulnak vissza. Ez azt jelenti, hogy a világegyetem terjeszkedése felgyorsul. Ennek oka a rejtély és a tudósok beiktatották a gyorsulás hajtóerejét sötét energia. Az Einstein mezõ egyenletében ezt kozmológiai állandóként veszik figyelembe (bár ez más formában van, mint Einstein megfogalmazása).
Egyéb felhasználások a csillagászatban
Az univerzum tágulásának mérése mellett a Doppler-effektus felhasználható a dolgok mozgásának modellezésére az otthonhoz sokkal közelebb; nevezetesen a Tejút rendszer.
A csillagoktól való távolság és a vöröseltolódás vagy a kékeseltés mérésével a csillagászok képesek feltérképezni a galaxisunk mozgását, és kap képet arról, hogy galaxisunk hogyan nézhet ki egy megfigyelő számára a világegyetem.
A Doppler-effektus lehetővé teszi a tudósok számára a változó csillagok pulzációjának mérését is hihetetlen sebességgel haladó részecskék mozgása a relativista sugárfolyamokban tól től szupermasszív fekete lyukak.
Szerkesztette és frissítette: Carolyn Collins Petersen.