Aflați mai multe despre Efectul Doppler

Astronomii studiază lumina de la obiecte îndepărtate pentru a le înțelege. Lumina se deplasează prin spațiu la 299.000 de kilometri pe secundă, iar calea sa poate fi deviată de gravitație, precum și absorbită și împrăștiată de nori de material din univers. Astronomii folosesc multe proprietăți ale luminii pentru a studia totul, de la planetele și lunile lor până la cele mai îndepărtate obiecte din cosmos.

Un instrument pe care îl folosesc este efectul Doppler. Aceasta este o schimbare a frecvenței sau a lungimii de undă a radiației emise de la un obiect pe măsură ce se deplasează prin spațiu. Este numit după fizicianul austriac Christian Doppler, care l-a propus pentru prima dată în 1842.

Cum funcționează efectul Doppler? Dacă sursa de radiație, spuneți a stea, se îndreaptă către un astronom pe Pământ (de exemplu), atunci lungimea de undă a radiației sale va apărea mai scurtă (frecvență mai mare, și deci energie mai mare). Pe de altă parte, dacă obiectul se îndepărtează de observator, lungimea de undă va apărea mai lungă (frecvență mai mică și energie mai mică). Probabil că ați experimentat o versiune a efectului când ați auzit un fluier al trenului sau o sirena de poliție în timp ce trecea pe lângă voi, schimbând tonul pe măsură ce trece pe lângă dvs. și se îndepărtează.

Efectul Doppler se află în spatele unor tehnologii precum radarul poliției, unde „pistolul radar” emite lumină de lungime de undă cunoscută. Apoi, acel radar „ușor” sări de pe o mașină în mișcare și se deplasează înapoi la instrument. Schimbarea rezultată a lungimii de undă este utilizată pentru a calcula viteza vehiculului. (Notă: este de fapt o schimbare dublă, deoarece mașina în mișcare acționează mai întâi ca observator și experimentează o schimbare, apoi ca sursă în mișcare care trimite lumina înapoi la birou, mutând astfel secundă lungimea de undă timp.)

Când un obiect se retrage (adică se îndepărtează) de un observator, vârfurile radiațiilor emise vor fi distanțate mai departe decât ar fi dacă obiectul sursă ar fi staționat. Rezultatul este că lungimea de undă rezultată a luminii apare mai mult. Astronomii spun că este „mutat la capătul roșu” al spectrului.

Același efect se aplică tuturor benzilor spectrului electromagnetic, cum ar fi radio, raze X sau raze gamma. Cu toate acestea, măsurătorile optice sunt cele mai frecvente și sunt sursa termenului „redshift”. Cu cât sursa se îndepărtează mai repede de observator, cu atât este mai mare tura roșie. Din punct de vedere energetic, lungimile de undă mai lungi corespund radiațiilor energetice mai mici.

În schimb, atunci când o sursă de radiație se apropie de un observator, lungimile de undă ale luminii apar mai strâns între ele, scurtând efectiv lungimea de undă a luminii. (Din nou, lungimea de undă mai scurtă înseamnă o frecvență mai mare și deci o energie mai mare.) Spectroscopic, liniile de emisie ar apărea deplasate spre partea albastră a spectrului optic, de unde și numele Schimbare albastră.

Ca și în cazul redshift-ului, efectul este aplicabil altor benzi ale spectrului electromagnetic, dar efectul este cel mai mare de multe ori discutat atunci când este vorba de lumină optică, deși în unele domenii ale astronomiei aceasta nu este cu siguranță caz.

Utilizarea Shift Doppler a dus la unele descoperiri importante în astronomie. La începutul anilor 1900, se credea că univers era static. De fapt, acest lucru a dus Albert Einstein pentru a adăuga constanta cosmologică faimoasei sale ecuații de câmp pentru a „anula” expansiunea (sau contracția) care a fost prezisă de calculul său. Mai exact, s-a crezut cândva că „marginea” lui calea Lactee a reprezentat limita universului static.

Apoi, Edwin Hubble a descoperit că așa-numitele „nebuloase spiralate” care au plagiat astronomia de zeci de ani au fost nu nebuloase deloc. Erau de fapt alte galaxii. A fost o descoperire uimitoare și le-a spus astronomilor că univers este mult mai mare decât știau ei.

Hubble a procedat apoi la măsurarea deplasării Doppler, în special găsind redshift-ul acestor galaxii. El a descoperit că cu cât este mai îndepărtată o galaxie, cu atât ea se retrage mai repede. Acest lucru a dus la celebrul acum Legea lui Hubble, care spune că distanța unui obiect este proporțională cu viteza recesiunii sale.

Această revelație l-a determinat pe Einstein să scrie asta a lui adăugarea constantei cosmologice la ecuația de teren a fost cea mai mare gafă a carierei sale. Interesant este însă că unii cercetători plasează acum constanta înapoi în relativitate generală.

După cum se dovedește Legea lui Hubble este adevărată până la un moment dat, deoarece cercetările din ultimele două decenii au descoperit că galaxii îndepărtate se retrag mai repede decât se prevedea. Aceasta presupune că expansiunea universului se accelerează. Motivul pentru asta este un mister, iar oamenii de știință au numit forța motrice a acestei accelerații energie întunecată. Ei o explică în ecuația câmpului Einstein ca o constantă cosmologică (deși are o formă diferită de formularea lui Einstein).

Pe lângă măsurarea expansiunii universului, efectul Doppler poate fi utilizat pentru a modela mișcarea lucrurilor mult mai aproape de casă; anume dinamica Calea Lactee.

Măsurând distanța față de stele și redshift sau blueshift-ul acestora, astronomii sunt capabili să mapa mișcarea galaxiei noastre și obțineți o imagine despre cum poate arăta galaxia noastră pentru un observator din toată lumea univers.

Efectul Doppler permite, de asemenea, oamenilor de știință să măsoare pulsiunile stelelor variabile, precum și mișcări de particule care se deplasează cu viteze incredibile în fluxurile de jet relativiste care emană din găuri negre supermasive.

Editat și actualizat de Carolyn Collins Petersen.