学习宇宙学,红移是个躲不开的概念,而说红移就离不开多普勒效应。
什么是多普勒效应?
当一辆车从远到近的过程中,声音首先传入我们的耳朵,通过音高音低的变化,我们来判断车子在接近还是远离我们。
我们把这种移动声源发出的声音的表观音高的改变称为多普勒效应。
1842年,克里斯蒂安多普勒在布拉格发现声音这个物理现象,并把文章发表在《波西米亚皇家科学学会》。
1845年,荷兰人赫里斯托夫白贝罗对这个现象有所怀疑,于是在火车上安排一些小号手,将 受过音乐训练的听众聚集在铁轨沿线,经过实验测试,证明了声音多普勒现象的存在。
在我们的生活中,关于多普勒效应的存在,可以说比比皆是,在马路上行驶的救护车、消防车,我们可以根据其报警音高音低的变化来判断它是接近我们还是远离我们。
还有每天空中盘旋的环保检查直升飞机,闭着眼睛都可以判断出飞机在飞向我们头顶还是远离我们。
在各种影视作品中,我们也可以通过声音的变化判断,剧情中的各种机车在接近主人公还是在远离主人公。
总结一下,什么是声音的多普勒现象呢?
当一个稳定的声音信号源在接近我们时,我们听到的声音频率会升高;当一个稳定的声音信号源在远离我们时,我们听到的声音的频率会降低。
同样的道理,光也存在这种多普勒的效应,不过光线的光速为声音速度的100万倍,对同样的移动速度,光的改变也是声音改变的百万分之一。
就像蝙蝠发出的超声波,超出了耳朵接收的范围,我们听不到一样,人的肉眼也不能看到光的多普勒的颜色改变,需要专门的机器。
在生活中,多普勒效应运用的两个场景,一个是道路上的测速,一个便是军事上的雷达。
当我们开车外出办事或者旅游,收到超速罚单的那一刻,就应该明白不要和多普勒效应去较劲儿。不过并非每个人都明白这个道理,比如时不时飞过台海以及南海的外国飞机。
声音的多普勒现象,可以用耳朵去检验一下,而光的多普勒效应则要专门的仪器。
首先一点,我们要把阳光经过一个叫做棱镜或者光栅的装置,进行细细分解为光谱,这有点像彩色的条形码,这时我们会发现所谓的光谱,从蓝到红并非一个完整的彩虹条,这个彩虹条是有许多细细的彩色线组成的,中间还有一些暗线,不要小看这些线条,它们代表的含义就是元素的指纹。
通过这些线条,我们不仅能判断出光源中含有哪些元素,还可以通过这些线条的移动来判断光源的运动情况。
说到这儿就说到重点了,天文学上就是通过这些光线移动情况来来判断恒星运动的。
比如,我们先选取一条钙元素的特征光谱线,教主后开始计时观察,如果这条线从标准线的地方向蓝的方向移动,称之为蓝移,如果它从标准线的地方向红的方向移动,则称之为红移,通过观测各个星系以及恒星的光谱线的变化,我们发现所有的光谱线都在往红的方向移动,简称为红移,通过多普勒效应来解释,所有的恒星或者星系都在远离我们。当然了, M31仙女座这个星系,是个意外,检查到它的光谱在兰移,说明它一直在向我们移动。
在宇宙学上,我们就是通过观察到光谱的红移或者蓝移,来判断恒星和星系和我们的视向运动上是如何的。
在宇宙学上,关于红移的解释,多普勒效应是一种说法,还有一种说法就是宇宙学红移,下一篇和我们具体是说两种说法的差别。
资料:
1 喜马拉雅,天文原来是这样
2 《宇宙最初的三分钟》伽莫夫著
3 《大爆炸简史》西蒙-辛格著
4《疯狂的宇宙》罗伯特P基尔什纳
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