Эффект Доплера
Как движение источника меняет частоту света: красное и синее смещение, измерение лучевых скоростей, двойные звёзды, поиск экзопланет и отличие от красного смещения расширения.
Когда источник волн движется к нам, они приходят чаще, когда от нас — реже. Так звук сирены меняется, когда машина проезжает мимо. Это эффект Доплера, описанный Кристианом Доплером в 1842 году. Для света он означает, что линии спектра сдвигаются: к синему концу, если источник приближается, к красному — если удаляется («Свет и спектры»).
Как это измеряют
У химических элементов линии в спектре стоят на строго известных длинах волн. Сдвиг линий на величину Δλ даёт лучевую скорость — проекцию скорости на луч зрения: при скоростях много меньше скорости света Δλ/λ ≈ v/c. Измерения точные: современные спектрографы различают скорости в десятки сантиметров в секунду. Но Доплер даёт только составляющую вдоль луча зрения; движение поперёк так не измерить.
Что с его помощью узнали
- Двойные звёзды. Линии периодически смещаются то в красную, то в синюю сторону — по этому обнаруживают тесные пары, которые не видно по отдельности («Двойные звёзды»).
- Экзопланеты. Планета тянет звезду, и звезда качается. Так в 1995 году нашли 51 Пегаса b. Юпитер вызывает у Солнца колебание скорости около 12 м/с, Земля — около 9 см/с («Как ищут экзопланеты»).
- Вращение. Одна сторона звезды или галактики приближается, другая удаляется: по ширине линий находят скорость вращения. Так нашли и вращение Галактики, и признаки тёмной материи («Тёмная материя»).
- Радар. Полицейские радары и метеорологические доплеровские радары измеряют скорость по сдвигу частоты радиоволн.
Красное смещение Вселенной — не совсем Доплер
Далёкие галактики тоже «краснеют», и по закону Хаббла их смещение растёт с расстоянием. Но по современной космологии это не движение галактик в пространстве, а растяжение самого пространства, которое удлиняет волны света в пути («Расширение Вселенной»). Для близких галактик разница мала, для далёких принципиальна: красное смещение 14, которое видит «Уэбб», нельзя считать обычной скоростью.