1929 年,埃德温·哈勃注意到看起来比附近的星系更红。而且,它们离得越远,看起来就越红。这种被称为红移的观测使我们能够测量无法通过其他方式确定的遥远星系的距离。它还揭示了宇宙是,其所有组成部分都会彼此分离,除非它们足够接近以至于重力将它们吸在一起。
这种联系在宇宙学中是如此根深蒂固,以至于有关它的文章,包括我们自己的文章,有时都会跳过这种解释,所以这篇文章旨在填补这一空白。
如果您曾经被摩托车或紧急车辆超车,您可能对音调变化的方式很熟悉,靠近时音调较高,远离时音调较低。这被称为多普勒频移,以克里斯蒂安·多普勒 (Christian Doppler) 的名字命名,他在交通工具开始以足够快的速度移动时观察到了这种现象,以至于它变得明显。
发生这种变化是因为车辆行驶速度远低于声速。当车辆朝我们驶来时,声波会聚集成束,相当于波长变短,音调变高。一旦声源远离,声波就会散开,音调会比静止物体发出的音调低。
光也以波的形式传播,红光的波长比蓝光长。光在接近时会聚束,在离开时会扩散。当光波扩散时,它们被称为“红移”。然而,由于光在真空中的传播速度几乎是声音在空气中的一百万倍,因此光源必须移动得非常快,才会出现明显的红移。
这就是为什么,尽管物理学家们...搞笑保险杠贴纸在阅读“如果这个贴纸看起来是蓝色的,那你就开得太快了”时,我们听到了,但却看不到日常生活中的多普勒效应
宇宙的尺度
哈勃注意到了红移,因为他所研究的一些星系确实正在非常快地远离我们——虽然不接近光速,但也足以引起明显的聚集。
幸运的是,要测量红移(或蓝移),天文学家不必依靠观察物体并问“你觉得它看起来有点粉红色吗?”物体受热时会发出宽光谱的电磁辐射。然而,一旦热到足以变成气体,释放的光就会在对存在的元素。
通过观察熟悉的发射或吸收线的波长,可以识别源的红移。
有些图案,比如钠产生的橙色双线,即使波长相差很大,也很容易辨认。如果我们在黄色波长处发现那对,我们就知道光源正朝我们而来。如果它们在红色波长处,它正在远离我们。如果它们在,它正在远离快速地。
在我们所在的宇宙区域之外,星系的距离是通过其光的红移程度来测量的,用字母 z 表示。虽然这测量的是速度而不是距离,但从宏观上看,这两者相关性很高,因此红移成为最可靠的测量方法。
许多其他用途
测量宇宙是一件大事(从技术上讲也是最大的事),但这并不是红移改变天文学的唯一方式,尽管在其他情况下也需要蓝移的帮助。
我们测量星系和除其他外,通过检测远离我们一侧的红移和靠近我们一侧的蓝移,我们可以发现恒星正在转动。如果整个物体也相对于我们移动,例如远离我们的星系,我们可能会看到两侧都有红移。然而,远离运动结合处的偏移会比两种运动相互抵消处的偏移更大。
一个特别重要的应用是寻找(围绕其他恒星运转的行星)。由于这些恒星发出的光被恒星本身所掩盖,我们无法用现有设备直接看到它们,因此必须发挥创造力。
一种方法是观察恒星在无缘无故的情况下以规律的周期轻微移动的情况。这表明它们受到看不见的物体引力的作用,该物体几乎总是行星。通过测量运动的大小及其重复的周期,我们可以确定行星的质量及其轨道。
你可能认为从我们的角度追踪恒星左右移动的方式是最容易的,但事实并非如此。相反,我们可以通过观察靠近和远离我们的运动来获得更高的精度,这些运动是通过非常轻微的红移和蓝移交替来检测的。
直到推出, 这 ?? 方法是探测系外行星的主要方法。即使在今天,当开普勒和 通过、红移和蓝移用于确认嫌疑犯并确定其质量。
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