ФЕНОМЕН КРАСНОГО СМЕЩЕНИЯ, Эффект Доплера - Красное смещение: закон Хаббла
Эффект Доплера
Звезды находятся далеко и кажутся просто светящимися точками в небе. Для простого наблюдателя практически неразличимы ни форма, ни размеры звезд. Для подавляющего большинства звезд существует только одно характерное свойство, которое можно наблюдать - это цвет идущего от них света.
В XII в. Исаак Ньютон открыл, что, проходя через трехгранный кусок стекла, называемый призмой, солнечный свет разлагается, как в радуге, на цветовые компоненты (спектры).
Используя современную оптику можно аналогичным образом разложить в спектр свет, испускаемый звездой или галактикой. Разные звезды имеют разные спектры, но относительная яркость разных цветов всегда в точности такая же, как в свете, который излучает какой-нибудь раскаленный докрасна, не имеющий отношения к звездам предмет. Кроме того, некоторые очень специфические цвета вообще отсутствуют в спектрах звезд, причем отсутствующие цвета разные для разных звезд. Т. к. каждый химический элемент поглощает или излучает электромагнитные волны на строго определенных частотах и образует в спектре неповторимую картину из линий, возможно сравнить их с теми цветами, которых нет в спектре исследуемого объекта, и таким образом точно определить, какие элементы присутствуют в ее атмосфере.
Космологическое красное смешение - это смешение линий в сторону длинных волн в спектре, который получен от далекого космического источника (например, галактики или квазара), по сравнению с длинами волн тех же линий, измеренными от неподвижного источника. Известны два механизма, приводящих к появлению красного смещения, соответственно космологического и гравитационного:
1. Космологическое красное смещение, обусловленное эффектом Доплера, возникает в том случае, когда движение источника света относительно наблюдателя приводит к увеличению расстояния между ними. В результате эффекта Доплера, частота излучения от удаленных объектов, например, звезд, может изменяться (понижаться или повышаться), а линии соответственно могут смещаться в красную (длинноволновую) или синюю (коротковолновую) часть спектра, сохраняя, однако, свое неповторимое относительное расположение.
Рассмотрим подробнее эффект Доплера. Видимый свет - это колебания электромагнитного поля. Частота (число волн в одну секунду) световых колебаний чрезвычайно высока - от 400 до 700000000 млн. волн в секунду. Человеческий глаз воспринимает свет разных частот как разные цвета, причем самые низкие частоты соответствуют красному концу спектра, самые высокие - фиолетовому. Очевидно, что частота приходящих волн от источника света, расположенного на фиксированном расстоянии будет такой же, как та, с которой они излучаются (пусть гравитационное поле галактики невелико и его влияние несущественно).
При движении источника в сторону наблюдателя, он окажется ближе к нам, а потому время, за которое гребень этой волны дойдет до наблюдателя, будет меньше, чем в случае неподвижной звезды. Стало быть, время между гребнями двух пришедших волн будет меньше, а число волн, принимаемых за одну секунду (т. е. частота), будет больше, чем когда звезда была неподвижна. При удалении же источника частота приходящих волн будет меньше. Это означает, что спектры удаляющихся звезд будут сдвинуты к красному концу (красное смещение), а спектры приближающихся звезд должны испытывать фиолетовое смещение. Такое соотношение между скоростью и частотой и называется эффектом Доплера.
В релятивистском случае (в случае использования теории относительности), когда скорость движения источника сравнима со скоростью света, красное смещение может возникнуть и в том случае, если расстояние между движущимся источником и приемником не изменяется (т. н. поперечный эффект Доплера). Красное смещение, возникающее при этом, интерпретируется как результат релятивистского "замедления" времени на источнике по отношению к наблюдателю.
2. Гравитационное красное смещение возникает, когда приемник света находится в области с меньшим (по модулю) гравитационным потенциалом, чем источник. В классической интерпретации этого эффекта фотоны теряют часть энергии на преодоление сил гравитации. В результате характеризующая фотон частота уменьшается, а длина волны излучения растет. Примером гравитационного красного смещения может служить наблюдаемое смещение линий в спектрах плотных звезд - белых карликов.
В дальнейшем мы будем говорить о космологическом красном смещении.
Математически красное смещение выражается отношением разницы принятой и испущенной длин волн к испущенной длине волны. Линии в спектре движущегося источника смещаются на величину, пропорциональную скорости его приближения или удаления, поэтому скорость галактики всегда можно вычислить по изменению положения ее спектральных линий.
Зная красное смешение z, можно определить скорость удаления галактики v. Если эта скорость невелика по сравнению со скоростью света (с = 300000 км/с), она выражается простой формулой:
V = cz, (1)
Если измеренное по спектральным линиям z > 1, то скорость связана с ним более сложным образом и зависит от принятой модели Вселенной (см. ниже модели Фридмана).
Похожие статьи
-
Расстояние до квазаров, Красное смещение - Квазары
По мере накопления данных наблюдений большинство астрономов пришли к выводу, что квазары дальше от нас, чем любые другие объекты, доступные наблюдениям....
-
Некосмологическое объяснение красного смещения
Некосмологическое объяснение красного смещения Красное смещение излучения галактик первоначально объясняли разлетом галактик после Большого взрыва,...
-
Расширение Вселенной и красное смещение
Если в ясную безлунную ночь посмотреть на небо, то, скорее всего, самыми яркими объектами, которые вы увидите, будут планеты Венера, Марс, Юпитер и...
-
Закон Хаббла - Основные характеристики Вселенной
Американский астроном Эдвин Хаббл, работавший в обсерватории Маунт-Вильсон в Калифорнии, в1929 г. обнаружил, что многие туманные пятна в небе удается...
-
"В 1744 году швейцарский астроном де Шезо и независимо от него в 1826 году Ольберс сформулировали следующий парадокс, -- пишет в своей книге Т. Редже, --...
-
Красное смещение спектров излучения галактики - Основные характеристики Вселенной
Понятие "Вселенная" означает Космос, доступный человеческому наблюдению. Вселенную изучает наука космология. Ее цель выявление и изучение законов,...
-
Эффект Доплера - Космологические модели Вселенной
Так как современная космология возникла после ОТО ее называют релятивистской. Эмпирической базой для нее послужили открытия внегалактической астрономии,...
-
Прошедший 20-ый век ознаменовался бурным развитием космологии, что было вызвано техническим прогрессом в области космических наблюдений. Однако не только...
-
Эдвин Хаббл и его исследования - Расширяющаяся Вселенная и красное смещение
Современная картина Вселенной возникла только в 1924 г., когда американский астроном Эдвин Хаббл показал, что наша Галактика не единственная. Для...
-
Гипотеза квазаров - ядерообразующих галактик - Теория дискообразности галактик И. Канта
Между галактиками могут действовать силы иной природы, чем уже знакомые нам тяготение и магнетизм. Нет ничего невероятного в этой возможности. Вместо...
-
Расширяющаяся Вселенная и красное смещение - Расширяющаяся Вселенная и красное смещение
Если в ясную безлунную ночь посмотреть на небо, то, скорее всего, самыми яркими объектами, которые вы увидите, будут планеты Венера, Марс, Юпитер и...
-
Модель Большого Взрыва - Расширяющаяся Вселенная и красное смещение
Модель эволюционной истории Вселенной, согласно которой она возникла в бесконечно плотном состоянии и с тех пор расширяется. Это событие произошло от 13...
-
Астрономическое изучение Галактики
При наблюдениях звездного неба вдали от крупных городов на нем в безлунную ночь хорошо видна широкая светящаяся полоса - Млечный Путь. Свое название...
-
Общие принципы астрономии - Прошлое и будущее Вселенной
Звезды изучает астрономия (от греч. "астрон" - звезда и "номос" - закон) - наука о строении и развитии космических тел и систем. Эта классическая наука в...
-
Вселемнная -- фундаментальное понятие астрономии, строго не определяемое[1][2][3][4]. Включает в себя весь окружающий мир. На практике под Вселенной...
-
Аномалия Пионеров&;nbsp; - Двигатель космолета на эффекте гравитационного самоускорения
Попробуем применить полученные результаты к известному парадоксу - аномалии ускоренного движения зондов "Пионер". Напрямую это невозможно, поскольку...
-
Заключение - Расширяющаяся Вселенная и красное смещение
Каждой исторической эпохе присущ свой горизонт науки, своя ограниченность представлений о природе вещей, явлений, окружающих человека. На протяжении...
-
Емпіричний закон - закон Хаббла - Космологія. Проблеми космології
Наступний крок був зроблений в 1924 р., коли в обсерваторії Маунт Вілсон в Каліфорнії американський астроном Е. Хаббл (1889-1953) виміряв відстань до...
-
Введение - Расширяющаяся Вселенная и красное смещение
Одной из основных концепций современного естествознания является учение о Вселенной как едином целом и обо всей охваченной астрономическими наблюдениями...
-
Скорость удаления, Возраст квазаров - Квазары
У наиболее далеких из известных до сих галактик красное смещение весьма велико. Соответствующие ему скорости удаления измеряются десятками тысяч...
-
СКОРОСТЬ УДАЛЕНИЯ, ВОЗРАСТ КВАЗАРОВ - Квазизвездные радиоисточники
У наиболее далеких из известных до сих галактик красное смещение весьма велико. Соответствующие ему скорости удаления измеряются десятками тысяч...
-
ГАЛАКТИКИ - Галактики и созвездия
Галактики, "внегалактические туманности" или "островные Вселенные",Ї это гигантские звездные системы, содержащие также межзвездный газ и пыль. Солнечная...
-
Скорости звезд, Измерение скорости - Измерение количественных и качественных характеристик звезд
Измерение скорости Для большинства звезд никакого перемещения заметить не удается, потому что они слишком далеки от нас, а наблюдения, хоть и проводились...
-
Заключение - Космологические модели Вселенной
Все, что здесь до сих пор было сказано, - это только гипотезы, основанные на некоторых реальных фактах. Однако, те же самые факты можно трактовать и...
-
Черные дыры - Пространство и время, черные дыры
Черные дыры -- один из самых необыкновенных объектов, предсказываемых общей теорией относительности Эйнштейна. У черных дыр интересная история, поскольку...
-
Закон Всемирного тяготения - Законы движения небесных тел и строение Солнечной системы
Законы Кеплера прекрасно описывали наблюдаемое движение планет, но не вскрывали причин, приводящих к такому движению (напр. вполне можно было считать,...
-
Исчезновение Солнца - Двигатель космолета на эффекте гравитационного самоускорения
Ограниченность скорости распространения гравитационного взаимодействия как следствие второго постулата СТО должно привести к весьма любопытному явлению -...
-
Красная Планета - Анализ особенностей планеты Марс
Марс планета фобос деймос Первая поразительная особенность Марса - его красный цвет. Эта особенность оказалась настолько важна, что определила название...
-
КРАСНЫЙ КАРЛИК, ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ - Красный карлик
ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Красные карлики довольно сильно отличаются от других звезд. Диаметр и масса красных карликов не превышает трети солнечной массы...
-
Красные гиганты и сверхгиганты - Строение Солнца
- относительно холодные звезды высокой светимости с протяженными оболочками. Из-за низкойэффективной температуры этих звезд (3000-5000 К) поток энергии с...
-
Белые карлики - предположительно результат эволюции звезд типа Солнца имеют массу примерно равную массе Солнца и не превышающую 1,2 массы Солнца, радиус...
-
Объяснить аномалию зондов "Пионер" обнаруженный эффект гравитационного самоускорения, как оказалось, не позволяет. Однако, тот факт, что для ускорения...
-
Модуляционные эффекты в космических лучах - Галактические космические лучи
Интерес к исследованию КЛ с энергиями E<1012 эВ связан с изменением потоков частиц во времени и пространстве и их зависимостью от уровня солнечной...
-
Тонкие эффекты гравитации, Классические теории гравитации - Классические теории гравитации
Помимо классических эффектов гравитационного притяжения и замедления времени, общая теория относительности предсказывает существование других проявлений...
-
Лекция о Темной Материи в изложении Моргана Фридмана - Еще раз о Мироустройстве
Кажется, сколько можно говорить на тему, которая никак пока не проясняет сути вещей, поскольку все фундаментальные знания в астрофизике не дают четкой...
-
Новые открытия относительно черных дыр - Черные дыры
По недавнему заявлению астрономов из Университета Огайо, необычное двойное ядро в галактике Андромеды объясняется скоплением звезд, вращающихся по...
-
Электрофонные болиды и связанные с ними звуковые явления
Термином электрофонный болид в астрофизике называют редко наблюдаемое природное явление -- аномальные звуки, сопровождающие полет ярких метеоров. К...
-
Использование спутниковых систем Земли для определения расстояния до звезд - Современная астрофизика
Определение расстояний до тел солнечной системы основано на измерении их горизонтальных параллаксов. Параллаксы, определенные по параллактическому...
-
Планетарные туманности, Туманности, созданные ударными волнами - Космические туманности
Основная статья - Планетарные туманности. Разновидностью зон HII являются планетарные туманности образованные верхними истекающими слоями атмосфер звезд;...
-
Ядерные процессы, Квазары, Черные Дыры - Еще раз о Мироустройстве
"Одна из основных задач современного астрофизического знания заключается в поиске и исследовании Активных Ядер Галактики ". - В. А. Амбарцумян...
ФЕНОМЕН КРАСНОГО СМЕЩЕНИЯ, Эффект Доплера - Красное смещение: закон Хаббла