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 ei 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. 

Profilarea în efectul Doppler

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, să zicem o 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 a trecut pe lângă voi, schimbând tonul pe măsură ce trece pe lângă dvs..

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 deplasare dublă, deoarece mașina în mișcare acționează mai întâi ca observator și experimentează o schimbare, apoi ca o sursă în mișcare care trimite lumina înapoi la birou, mutând astfel lungimea de undă a doua oară.)

Tura roșie

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 radioul, radiografia sau razele 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 redshift-ul este mai mare. Din punct de vedere energetic, lungimile de undă mai lungi corespund radiațiilor energetice mai mici.

Schimbare albastră

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, prin urmare, o energie mai mare.) Spectroscopic, liniile de emisie ar apărea deplasate spre partea albastră a spectrului optic, de unde și numele blueshift.

Ca și în cazul redshift-ului, efectul se aplică altor benzi ale spectrului electromagnetic, dar efectul este de cele mai multe ori discutat atunci când este vorba de lumină optică, deși în unele domenii ale astronomiei acest lucru nu este cu siguranță cazul..

Extinderea Universului și schimbarea Doppler

Utilizarea Shift Doppler a dus la unele descoperiri importante în astronomie. La începutul anilor 1900, se credea că universul era static. De fapt, acest lucru l-a determinat pe Albert Einstein să adauge constanta cosmologică la celebra sa ecuație de câmp, pentru a „anula” expansiunea (sau contracția) prevăzută de calculul său. Mai exact, s-a crezut cândva că „marginea” Căii Lactee a reprezentat granița universului static.

Apoi, Edwin Hubble a descoperit că așa-numitele „nebuloase spiralate” care au plagiat astronomia de zeci de ani nu nebuloase deloc. Erau de fapt alte galaxii. A fost o descoperire uimitoare și le-a spus astronomilor că universul 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. Aceasta a condus la faimoasa Lege a 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 galaxiile 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 altă formă decât formularea lui Einstein).

Alte utilizări în astronomie

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