Uzziniet par Doplera efektu

Astronomi pēta gaismu no tālu objektiem, lai tos saprastu. Gaisma pārvietojas pa kosmosu ar ātrumu 299 000 kilometru sekundē, un tās ceļu var novirzīt gravitācija, kā arī absorbēt un izkliedēt Visuma materiāla mākoņi. Astronomi izmanto daudzas gaismas īpašības, lai izpētītu visu, sākot no planētām un to pavadoņiem līdz visattālākajiem objektiem kosmosā.

Viens no rīkiem, ko viņi izmanto, ir Doplera efekts. Tā ir objekta izstarotā starojuma frekvences vai viļņa garuma maiņa, pārvietojoties pa kosmosu. Tas ir nosaukts pēc austriešu fiziķa Kristiana Doplera, kurš to pirmo reizi ierosināja 1842. gadā.

Kā darbojas Doplera efekts? Ja starojuma avots, sakiet a zvaigzne, virzās uz astronomu uz Zemes (piemēram), tad tā starojuma viļņa garums parādīsies īsāks (augstāka frekvence un līdz ar to lielāka enerģija). No otras puses, ja objekts attālinās no novērotāja, viļņa garums parādīsies garāks (zemāka frekvence un zemāka enerģija). Jūs, iespējams, esat pieredzējis efekta versiju, kad dzirdējāt vilciena svilpi vai policijas sirēnu, kad tas pārvietojās jums garām, mainot piķi, garāmbraucot jums un virzoties prom.

Doplera efekts ir aiz tādām tehnoloģijām kā policijas radars, kur "radara lielgabals" izstaro zināma viļņa garuma gaismu. Tad šī radara "gaisma" atlec no braucošas automašīnas un atgriežas pie instrumenta. Iegūto viļņa garuma maiņu izmanto, lai aprēķinātu transportlīdzekļa ātrumu. (Piezīme: tā faktiski ir dubultā maiņa, jo kustīgā automašīna vispirms darbojas kā novērotājs un piedzīvo maiņu, tad kā kustīgs avots, kas gaismu sūta atpakaļ uz biroju, tādējādi novirzot viļņa garumu sekundē laiks.)

Kad objekts attālinās (t.i., attālinās) no novērotāja, izstarotā starojuma maksimumi atradīsies tālāk viens no otra, nekā tas būtu, ja avota objekts būtu nekustīgs. Rezultātā iegūtais gaismas viļņa garums parādās ilgāk. Astronomi saka, ka tas ir "pārvietots uz sarkano" spektra galu.

Tas pats efekts attiecas uz visām elektromagnētiskā spektra joslām, piemēram, radio, rentgens vai gamma-stari. Tomēr optiskie mērījumi ir visizplatītākie un ir termina "sarkanā nobīde" avots. Jo ātrāk avots attālinās no novērotāja, jo lielāks sarkanā maiņa. No enerģijas viedokļa garāki viļņu garumi atbilst zemākam enerģijas starojumam.

Un otrādi, kad starojuma avots tuvojas novērotājam, gaismas viļņu garumi parādās tuvāk, efektīvi saīsinot gaismas viļņa garumu. (Atkal īsāks viļņa garums nozīmē augstāku frekvenci un līdz ar to lielāku enerģiju.) Spektroskopiski emisijas līnijas šķietami virzās optiskā spektra zilās puses virzienā, tāpēc nosaukums blūza maiņa.

Tāpat kā sarkanā nobīde, efekts ir attiecināms uz citām elektromagnētiskā spektra joslām, bet efekts ir vislielākais bieži runājot par optisko gaismu, kaut arī dažās astronomijas jomās tas noteikti nav lietu.

Doplera maiņas izmantošana ir radījusi dažus nozīmīgus atklājumus astronomijā. 1900. gadu sākumā tika uzskatīts, ka Visums bija statisks. Faktiski tas noveda Alberts Einšteins pievienot viņa slavenajam lauka vienādojumam kosmoloģisko konstanti, lai “atceltu” paplašināšanos (vai sašaurināšanos), ko paredzēja viņa aprēķins. Konkrēti, kādreiz tika uzskatīts, ka piena ceļš attēloja statiskā Visuma robežu.

Tad Edvīns Habls atklāja, ka tā sauktie "spirālveida miglāji", kas gadu desmitiem ilgi skāra astronomiju, bija nē miglāji vispār. Tās faktiski bija citas galaktikas. Tas bija pārsteidzošs atklājums, un astronomi teica, ka Visums ir daudz lielāks, nekā viņi zināja.

Pēc tam Habls sāka mērīt Doplera nobīdi, īpaši atrodot šo galaktiku sarkano nobīdi. Viņš atklāja, ka jo tālāk ir galaktika, jo ātrāk tā izzūd. Tas noveda pie tagad slavenā Habla likums, kurā teikts, ka objekta attālums ir proporcionāls tā lejupslīdes ātrumam.

Šī atklāsme lika Einšteinam to uzrakstīt viņa kosmoloģiskās konstantes pievienošana lauka vienādojumam bija viņa karjeras lielākā kļūda. Interesanti, ka daži pētnieki tagad ievieto pastāvīgo vērtību atpakaļ uz vispārējā relativitāte.

Kā izrādās, Habla likums ir taisnība tikai līdz punktam, jo ​​pēdējos pāris gadu desmitos veiktie pētījumi to ir atklājuši attālas galaktikas atkāpjas ātrāk, nekā tika prognozēts. Tas nozīmē, ka Visuma paplašināšanās paātrinās. Iemesls tam ir noslēpums, un zinātnieki ir nosaukuši šī paātrinājuma virzošo spēku tumšā enerģija. Viņi to uzskata Einšteina lauka vienādojumā kā kosmoloģisko konstanti (lai gan tas ir citā formā nekā Einšteina formulējums).

Papildus Visuma izplešanās mērījumiem Doplera efektu var izmantot, lai modelētu lietu kustību daudz tuvāk mājām; proti, Piena ceļa galaktika.

Izmērot attālumu līdz zvaigznēm un to sarkano vai zilās krāsas nobīdi, astronomi var kartēt un iegūstiet priekšstatu par to, kā mūsu galaktika var izskatīties novērotājam no visas Visums.

Doplera efekts ļauj zinātniekiem izmērīt arī mainīgo zvaigžņu pulsāciju, kā arī daļiņu kustības, kas pārvietojas ar neticamu ātrumu izstarojošās relativistiskās strūklas iekšienē no plkst supermasīvie melnie caurumi.

Rediģējis un atjauninājis Karolīna Kolinsa Petersena.