Astronomi proučavaju svjetlost iz udaljenih objekata kako bi ih razumjeli. Svjetlost se kreće kroz svemir brzinom od 299.000 kilometara u sekundi, a njegov put može se odbiti gravitacijom, kao i apsorbirati i raspršiti oblacima materijala u svemiru. Astronomi koriste mnoga svojstva svjetlosti da prouče sve, od planeta i njihovih mjeseci do najdalje udaljenih objekata u kozmosu.
Udaranje u Doplerov efekt
Jedan alat koji koriste je Dopplerov efekt. Ovo je pomak u frekvenciji ili valnoj duljini zračenja koji se emitira iz objekta dok se kreće kroz prostor. Ime je dobio po austrijskom fizičaru Christianu Doppleru koji ga je prvi predložio 1842. godine.
Kako djeluje Doppler? Ako je izvor zračenja, recimo a zvijezda, kreće se prema astronomu na Zemlji (na primjer), tada će se valna dužina njegovog zračenja činiti kraćom (veća frekvencija, a samim tim i veća energija). S druge strane, ako se objekt udaljava od promatrača, duljina valova će se pojaviti duže (niža frekvencija i niža energija). Vjerojatno ste doživjeli verziju učinka kad ste čuli zvižduk vlaka ili policijsku sirenu dok se kretala pored vas, mijenjajući visinu kad prolazi pored vas i odmiče se.
Dopplerov efekt stoji iza takvih tehnologija kao što je policijski radar, gdje "radarski pištolj" emitira svjetlost poznate valne duljine. Zatim, ono radarsko "svjetlo" odskoči s automobila koji se kreće i putuje natrag prema instrumentu. Rezultirajući pomak valne duljine koristi se za izračunavanje brzine vozila. (Napomena: to je zapravo dvostruka smjena jer automobil u pokretu prvo djeluje kao promatrač i doživi pomak, zatim kao izvor koji se kreće, šalje svjetlost natrag u ured i na taj način pomiče valnu duljinu u sekundi vrijeme.)
crveni pomak
Kad se neki objekt udalji (tj. Udaljava) od promatrača, vrhovi zračenja koji se emitiraju bit će udaljeniji jedan od drugog ako bi izvorni objekt bio nepomičan. Rezultat toga je da se rezultirajuća valna duljina svjetlosti čini duljom. Astronomi kažu da je "pomaknut na crveni" kraj spektra.
Isti učinak odnosi se na sve pojaseve elektromagnetskog spektra, kao što su radio, rendgen ili gama zrake. Međutim, optička mjerenja su najčešća i izvor su termina "crveni pomak". Što se izvor brže odmiče od promatrača, to je veći crveni pomak. S energetskog stajališta, veće valne duljine odgovaraju nižem energetskom zračenju.
Blueshift
Suprotno tome, kada se izvor zračenja približava promatraču, valne duljine svjetlosti pojavljuju se bliže jedna drugoj, učinkovito skraćujući valnu duljinu svjetlosti. (Opet, kraća valna duljina znači veću frekvenciju i samim tim veću energiju.) Spektroskopski će se pojaviti emisijske linije pomaknute prema plavoj strani optičkog spektra, otuda i naziv blueshift.
Kao i kod crvenog pomaka, efekt je primjenjiv na ostale pojaseve elektromagnetskog spektra, ali učinak je najveći često se raspravlja o radu s optičkom svjetlošću, mada u nekim područjima astronomije to sigurno nije ono slučaj.
Širenje svemira i doplerski pomak
Korištenje Dopplerove smjene rezultiralo je nekim važnim otkrićima u astronomiji. Početkom 1900-ih vjerovalo se da će svemir bio je statičan. U stvari, to je dovelo Albert Einstein da svojoj slavnoj jednadžbi polja dodamo kosmološku konstantu kako bi se "poništio" ekspanzija (ili kontrakcija) koja je bila predviđena njegovim proračunom. Konkretno, nekoć se vjerovalo da je "rub" mliječna staza predstavljao je granicu statičkog svemira.
Zatim, Edwin Hubble ustanovio da su takozvane "spiralne maglice" koje su desetljećima mučile astronomiju ne maglice uopće. Bili su zapravo druge galaksije. Bilo je nevjerojatno otkriće i astronomima je rekao da su svemir mnogo je veća nego što su znali.
Hubble je potom nastavio mjeriti Doplerov pomak, posebno pronalazeći crveno pomicanje tih galaksija. Otkrio je da što je udaljenija galaksija, to se brže povlači. To je dovelo do sada već poznatih Hubbleov zakon, što kaže da je udaljenost objekta proporcionalna brzini recesije.
To otkriće navelo je Einsteina da to napiše njegov dodavanje kosmološke konstante jednadžbi polja bila je najveća pogreška u njegovoj karijeri. Zanimljivo je da neki istraživači sada postavljaju konstantu leđa u opća relativnost.
Kako se ispostavilo, Hubbleov je zakon istinit samo do točke jer su istraživanja utvrdila u posljednjih nekoliko desetljeća daleke galaksije povlače se brže nego što je predviđeno. To implicira da se širenje svemira ubrzava. Razlog za to je misterija, a znanstvenici su nazvali pokretačku snagu ovog ubrzanja tamna energija. Oni ih u Einsteinovoj jednadžbi smatraju kao kozmološku konstantu (iako je drugačijeg oblika od Einsteinove formulacije).
Ostale uporabe u astronomiji
Pored mjerenja širenja svemira, Dopplerov efekt može se upotrijebiti za modeliranje kretanja stvari mnogo bliže domu; naime dinamika Galaksija Mliječnog Puta.
Mjereći udaljenost do zvijezda i njihovog crvenog pomaka ili pomaka bluze, astronomi mogu preslikati kartu kretanja naše galaksije i dobili sliku kako naša galaksija može izgledati promatraču iz cijele svemir.
Dopplerov efekt također omogućava znanstvenicima da mjere pulsiranja promjenjivih zvijezda, kao i pokreti čestica koji putuju nevjerojatnom brzinom unutar relativističkih mlaznih tokova iz supermasivne crne rupe.
Uredio i ažurirao korisnik Carolyn Collins Petersen.