世界各地有数十亿儿童正在焦急地等待礼物，圣诞老人（或圣诞老人）和他的驯鹿必须以极快的速度行驶，才能在一夜之间将所有礼物送达。
但您知道高速运动的物体发出的光会改变颜色吗？这要归功于所谓的多普勒效应——速度影响波（例如声音或光）长度的方式。
当光因速度而改变颜色时，我们称之为或蓝移，具体取决于方向。如果我们能用一台望远镜捕捉到鲁道夫著名的红鼻子的颜色，我们就可以利用多普勒效应来测量圣诞老人的速度。
这就是它的工作原理——以及为什么这种效应也是天文学的一个重要工具。
圣诞老人和他的驯鹿需要走多远？
系上雪橇，做一些轻松的圣诞数学题。我已经更新了1998年提出的方法计算出鲁道夫和圣诞老人需要多快的路程才能送出所有需要的礼物（你可以在这里找到我的工作）。
有约20亿世界上14岁以下的儿童。约 93% 的国家以某种方式庆祝圣诞节，所以我们假设 93% 的孩子都会这样做。
我们知道圣诞老人只会把礼物送给那些真正相信的人。如果我们假设同样的按年龄段划分的信徒百分比正如美国的情况一样，这给我们留下了大约 6.9 亿儿童。
和全球每个家庭大约有 2.3 个孩子，他要走访大约3亿个家庭。
将这些家庭均匀分布在地球上 6900 万平方公里的可居住土地上（考虑到海洋、沙漠、南极洲和山脉），圣诞老人在平安夜必须行驶 1.44 亿公里。这几乎是一样的作为地球到太阳的距离。
幸运的是，圣诞老人有时区限制，送出第一份礼物和最后一份礼物之间有 35 个小时的时间间隔。
假设圣诞老人用一半的时间进出每个家庭，这意味着他总共需要 17.5 小时，即每个家庭 0.2 毫秒。他用另外 17.5 小时在各家之间往返。
我的假设是，他需要以每小时 820 万公里（即光速的 0.8%）的速度行驶，才能送出所有礼物。
我们如何用鲁道夫的鼻子来测量圣诞老人的速度？
假设我们想要实际测量圣诞老人旅程的速度，看看它是否符合假设。
标准测速摄像头无法解决这个问题。但是我们在地球上有望远镜可以通过使用来测量物体的颜色光谱学。
圣诞老人的领头驯鹿鲁道夫有一个著名的特征红宝石色的鼻子。如果我们能用望远镜观察圣诞老人，我们就可以利用鲁道夫鼻子的颜色来测量他的速度多普勒效应，它描述了速度如何影响波长。这是因为如果鲁道夫高速行驶，他的鼻子就不会看起来那么红。
什么是多普勒效应？救护车的声音就是一个很好的例子。当它在街上从你身边经过时，它的声音在靠近时会变高，在驶离时会变低。这是因为当救护车向您驶来时，声波被压缩为更短的波长，而更短的波长意味着更高的音调。
草图平面,CC BY-NC
光也会发生同样的情况。如果光源远离您，波长就会被拉长并变得更红或“红移”。如果光源向您传播，波长会被压缩，光线会变得更蓝或“蓝移”。
红移驯鹿鲁道夫
当红色光处于“静止”状态（即不移动）时，其波长为 694.3 纳米。这就是静止的鲁道夫的测量值。
假设圣诞老人更喜欢快速送出礼物，这样他就可以在晚上结束时喝点牛奶和饼干放松一下。他让他的驯鹿跑得比我想象的要快得多，达到光速的 10%，即每小时 1.07 亿公里。
以这个速度，当鲁道夫飞向你的家时，他的鼻子会蓝移到亮橙色（624纳米）。
当他离开时，它会红移到非常深的红色（763 纳米）。人眼能看到的最暗红色就在周围780纳米。在这样的速度下，鲁道夫的鼻子几乎是黑色的。
多普勒效应在天文学中的作用
天文学家利用多普勒效应来测量物体在太空中的运动方式。我们可以用它来看看是否恒星绕着另一颗恒星运行– 什么是所谓的二元系统。
我们还可以使用它来寻找系外行星（围绕太阳以外的恒星运行的行星），使用一种称为“径向速度”。我们甚至可以用它来测量到的距离遥远的星系。
有些事情科学无法解释，其中之一就是圣诞老人的魔力。但如果天文学家用望远镜捕捉到鲁道夫，他们一定会让所有人知道。
